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ESTUDIO DE CARGABILIDAD Y EFICIENCIA DE MOTORES ELÉ CTRICOS EN CEMENTOS ARGOS

HAROLD FABIÁN SOTO CIFUENTES

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA PROGRAMA INGENIERÍA ELÉCTRICA

SANTIAGO DE CALI 2010

ESTUDIO DE CARGABILIDAD Y EFICIENCIA DE MOTORES ELÉ CTRICOS EN CEMENTOS ARGOS

HAROLD FABIÁN SOTO CIFUENTES

Pasantía de investigación para optar al título de I ngeniero electricista

Director ROSAURA DEL PILAR CASTRILLÓN

Ingeniera electricista

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA PROGRAMA INGENIERÍA ELÉCTRICA

SANTIAGO DE CALI 2010

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Nota de aceptación: Aprobado por el Comité de Grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universidad Autónoma de Occidente para optar al título de Ingeniero electricista.

Jurado Jurado Santiago de Cali, 06 de Marzo de 2010.

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Dedico este trabajo… A Dios por darme la fortaleza y la sapiencia para culminar con éxito mi carrera, a mis padres y mi hermana que siempre me apoyaron y nunca dudaron de mi, a mis familiares, amigos y allegados que estuvieron muy pendientes de mi, alimentándome de buenas energías y buenos consejos que me animaban mucho más a lograr mis objetivos Y a todos los compañeros que se decidieron a seguir una carrera como lo es la ingeniería eléctrica, somos responsables del desarrollo energético sostenible de la nación, a todos ellos este trabajo

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CONTENIDO

pág.

RESUMEN 14 INTRODUCCIÓN 15 1. ESTADO ACTUAL DE LA GESTIÓN DE MOTORES 16 2. ESTADO ACTUAL DE LOS MOTORES EN CEMENTOS ARGOS 18 2.1 DETALLE MOTORES ELÉCTRICOS EN CEMENTOS ARGOS 18

2.1.1 Carga Instalada En Cementos Argos Por Concepto De Motores 21 2.2 DESCRIPCIÓN EMPRESA CEMENTOS ARGOS Y SUS MOTORES ELÉCTRICOS 22

2.2.1 Proceso de trituración 22 2.2.2 Preparación de pasta 23 2.2.3 Proceso de clinkerización 24 2.2.4 Molienda de cemento 25 2.3 EVALUACIÓN DEL ESTADO DE GESTIÓN EN MOTORES ELÉCTRICOS EN LA EMPRESA CEMENTOS ARGOS 26

2.3.1 Mantenimiento predictivo Cementos Argos 33 2.3.2 Mantenimiento preventivo Cementos Argos 34 2.3.3 Mantenimiento correctivo Cementos Argos 35 2.4 ASPECTOS A MEJORAR EN LA GESTIÓN DE MOTORES (CEMENTOS ARGOS PLANTA VALLE) 35

2.5 IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS Y MOTORES DE MAYOR CONSUMO DE ENERGÍA 36

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3. MEDICIONES ELÉCTRICAS EN LOS MOTORES DE CEMENTOS ARGOS 45 4. MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE EFICIENCIA EN LOS MOTORES ELÉCTRICOS EN CEMENTOS ARGOS 55 4.1 MÉTODO DE EVALUACIÓN DE EFICIENCIA EN SITIO POR SEPARACIÓN DE PÉRDIDAS EN LA EMPRESA CEMENTOS ARGOS 58

4.1.1 Medición de eficiencia a través de software 60 5. PLANTEAMIENTO PARA TRAZAR UN PROGRAMA ESTRATÉGICO DE SUSTITUCIÓN DE MOTORES EN BASE A CASOS DE ESTUDIO, EN MOTORES DE LA CALERA Y FÁBRICA 64 5.1 CASO DE SELECCIÓN DE POTENCIA MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HORNO 6 64

5.1.1 Método de selección, potencia equivalente motor soplador quemador horno 6 65 5.1.2 Método de selección, corriente equivalente Motor Soplador Quemador Horno 6 69 5.2 EVALUACIÓN ECONÓMICA SUSTITUCIÓN MOTOR SUB CARGADO CASO MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HORNO 6 70

5.3 SUSTITUCIÓN DE MOTOR BOMBA 8 ZONA CALERA DE BAJA EFICIENCIA POR MOTOR DE ALTA EFICIENCIA 73

5.3.1 Análisis económico cambio motor baja eficiencia por motor alta eficiencia (motor bomba 8 zona calera) 73 6. PROPUESTA PARA MANEJO EFICIENTE DE MOTORES EN CEMENTOS ARGOS 75 6.1 FORMATO PARA LLEVAR UN REGISTRO DE LA HOJA DE VIDA DEL MOTOR 75

6.2 ASPECTOS PARA UN MANTENIMIENTO Y GESTIÓN EFICIENTE DE MOTORES ELÉCTRICOS 79

7

6.2.1 Reparación Eficiente de los Motores Eléctricos 81 6.2.2 Decisión de compra de un motor de alta eficiencia 81 6.2.4 Descripción de las actividades de mantenimiento en los motores eléctricos para un mantenimiento eficiente 82 6.3 DIAGRAMA DE FLUJO GESTIÓN DE MOTORES 84

7. CONCLUSIONES 86 8. RECOMENDACIONES 88 BIBLIOGRAFÍA 89 ANEXOS 90

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LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Motores Cementos Argos 18 Tabla 2. Carga instalada en las áreas de Cementos Argos 21 Tabla 3. Motores significativos trituración 22 Tabla 4. Motores significativos preparación pasta 23 Tabla 5. Motores significativos clinkerización 25 Tabla 6. Motores significativos molienda de cemento 26 Tabla 7. Encuesta para la evaluación de gestión de motores eléctricos en la empresa Cementos Argos 27 Tabla 8. Descripción de las actividades mantenimiento predictivo en Cementos Argos 33 Tabla 9. Fallo equipos detectados por mantenimiento predictivo motores eléctricos 34 Tabla 10. Descripción de las actividades mantenimiento preventivo en Cementos Argos 34 Tabla 11. Medición motores eléctricos Cementos Argos 45 Tabla 12. Medición motor ventilador enfriador 3 horno 5 48 Tabla 13. Mediciones de potencia de entrada y corriente motores de fábrica y calera 51 Tabla 14. Mediciones de velocidad y resistencia motores de la calera y fábrica 53 Tabla 15. Resumen de resultados motores calera 56 Tabla 16. Resumen de resultados motores fábrica 57 Tabla 17. Resumen datos corrientes, potencia, factor de carga y eficiencia motores fábrica y calera 61

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Tabla 18. Placa características motor soplador quemador horno 6 65 Tabla 19. Datos medición motor soplador quemador horno 6 66 Tabla 20. Lista de chequeos motores eléctricos 75 Tabla 21. Listado de elementos para realizar seguimiento de eficiencia y cargabilidad del motor 77 Tabla 22. Rutas de medición 78

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LISTA DE FIGURAS

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Figura 1. Gráfica detalle motores eléctricos en Cementos Argos 20 Figura 2. Gráfica carga instalada en áreas de Cementos Argos 21 Figura 3. Trituración 22 Figura 4. Preparación de pasta 23 Figura 5. Clinkerización 24 Figura 6. Molienda de cemento 25 Figura 7. Pareto carga instalada por áreas 37 Figura 8.Diagrama pareto aire fábrica 37 Figura 9. Diagrama de pareto bombas de pasta 38 Figura 10. Diagrama de pareto balsa fábrica 39 Figura 11. Diagrama de pareto espesadores 39 Figura 12 Diagrama pareto empacadoras 40 Figura 13. Diagrama de pareto molinos de cemento 40 Figura 14. Diagrama pareto molinos primarios y molinos secundarios 41 Figura 15. Diagrama pareto silos 41 Figura 16. Diagrama pareto transporte de clinker 41 Figura 17. Diagrama pareto quebradoras 42 Figura 18. Diagrama pareto agua calera y fabrica 43 Figura 19. Diagrama pareto horno 5 43 Figura 20. Diagrama de pareto horno 6 44 Figura 21. Clasificación de motores por eficiencia calera y fábrica 55

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Figura 22. Histogramas de potencias caleras 56 Figura 23. Histograma de potencias fabrica 56 Figura 24. Evaluación potencia y eficiencia motor soplador quemador horno 6 60 Figura 25. Evaluación potencia y eficiencia motor bomba 2 MP1 61 Figura 26. Calculo de la eficiencia a potencia de entrada en el motor quemador soplador horno 6 67 Figura 27. Calculo eficiencia a potencia máxima motor quemador soplador horno 6 67 Figura 28. Análisis económico motor soplador horno 6 71 Figura 29. Resultados evaluación económica motor soplador horno 6 71 Figura 30. Grafica valor presente neto motor soplador horno 6 72 Figura 31. Análisis económico motor bomba 8 73 Figura 32. Resultado análisis económico motor bomba 8 73 Figura 33. Grafica valor presente neto motor bomba 8 74 Figura 34. Diagrama de flujo gestión de motores 84 Figura 35. Medición potencia de entrada motor bomba 2 mp1 con analizador HT PQA 824 90 Figura 36. Medición potencia de entrada motor bomba 4 mp2 con analizador HT PQA 824 90 Figura 37. Medición potencia de entrada motor bomba 8 mp3 con analizador HT PQA 824 91 Figura 38. Medición potencia de entrada motor cinta 12 qu4 con analizador HT PQA 824 92 Figura 39. Medición potencia de entrada motor cinta 13 qu4 con analizador 92 Figura 40. Medición potencia de entrada motor cinta 15 qu3 con analizador 93

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Figura 41. Medición potencia de entrada motor cinta 16 qu3 con analizador HT PQA 824 93 Figura 42. Medición potencia de entrada motor cinta 17 qu3 con analizador HT PQA 824 94 Figura 43. Medición potencia de entrada motor zaranda 1 qu4 con analizador 94 Figura 44. Medición potencia de entrada motor zaranda 2 qu4 con analizador HT PQA 824 95

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LISTA DE ANEXOS

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Anexo A. Medición potencia de entrada de molinos primarios 1 – 2 - 3 con analizador HTPQA 824 90 Anexo B. Medición potencia de entrada quebradora 3 – 4 con analizador HTPQA 824 92

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RESUMEN Este es un trabajo que se desarrolló en conjunto con el grupo de investigación en energías de la universidad autónoma de occidente (GIEN) en el proyecto de implementación del sistema integral de la energía en la empresa Cementos Argos planta Valle. Este trabajo hizo parte de la fase de diagnóstico en los motores eléctricos de la empresa y el objetivo se centró en la gestión de motores que hace Cementos Argos planta Valle, tanto en fábrica como en la calera. Para ello se recopiló información que se muestra en los primeros capítulos de este documento concernientes a la gestión de motores para tener una idea clara de lo que se realiza en esta parte del mantenimiento después de haber analizado toda esta información se procedió a evaluar el estado de la gestión de motores al interior de la empresa Cementos Argos; posteriormente se realizó un plan de mediciones en los motores eléctricos que impactan más en el consumo de energía de la planta (fábrica y calera), utilizando el analizador de redes HT PQA84 con la idea de recopilar información para efectos de cálculo de la eficiencia y la potencia adecuada con el fin de determinar ahorros potenciales en energía eléctrica en la planta Cementos Argos realizando cambios tecnológicos. Este trabajo se elaboró teniendo como objetivos: definir procedimientos para la adecuada selección de los motores en lo concerniente a la reposición y adquisición de los mismos; trazar un programa estratégico de sustitución de motores y realizar un análisis económico de las medidas propuestas.

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INTRODUCCIÓN Este documento está relacionado con el uso eficiente de la energía eléctrica en los motores de la planta, fue desarrollado como parte del diagnóstico de motores eléctricos en el proyecto de implementación del sistema de gestión integral de la energía realizado por el grupo de investigaciones GIEN de la Universidad Autónoma de Occidente en la empresa Cementos Argos, planta Valle. Con el fin de realizar o de promover la gestión de los motores en las empresas.

La labor consistió básicamente en realizar una inspección detallada de los procesos de gestión de motores eléctricos (mantenimiento, reparación y compra de motores) al interior de la empresa por parte del departamento de mantenimiento; mediciones de variables eléctricas en un número determinado de motores de fábrica y calera previamente programados; cálculo de la eficiencia, cálculo de la selección adecuada de la potencia y análisis económico en los motores eléctricos que presentaban eficiencias y factores de carga bajos. Por último se realizó un planteamiento para trazar un programa estratégico de sustitución de motores con base en casos de estudio, en motores de la fábrica y calera. En la parte de inspección de la gestión de motores en Cementos Argos se realizó una encuesta al planeador de mantenimiento y se dialogó con la persona encargada del mantenimiento predictivo para tener conocimiento del manejo que Argos hace a sus motores eléctricos. Respecto a la medición en los motores eléctricos se realizaron diagramas de Pareto para determinar los motores de mayor consumo de energía eléctrica en las distintas áreas de la empresa. Las mediciones en campo se realizaron con un analizador de redes para las distintas variables eléctricas, un estroboscopio digital para la medición de las rpm del motor, una fuente de voltaje DC para la medición de la resistencia y una pinza volti amperimetrica. Para el cálculo de la eficiencia, se utilizó el método de separación de pérdidas y los datos fueron comprobados mediante el software de eficiencia energética en motores eléctricos (EEME). En los cálculos de la selección adecuada de la potencia se utilizaron dos métodos el de la potencia equivalente y la corriente equivalente. Para el análisis económico se utilizó exclusivamente el software (EEME). Todos estos cálculos se realizaron a un grupo de motores de fábrica y calera que presentaban deficiencias en la eficiencia y los factores de carga.

Como resultado de este trabajo se encontró que la empresa Cementos Argos en la zona de calera, en el área de las quebradoras posee motores subcargados, o sea, que su factor de carga está por debajo del 50% incurriendo también en problemas de eficiencia. Se identificó que tanto en calera como en fábrica existen motores muy antiguos del tipo abierto los cuales no cumplen con los estándares en cuanto a eficiencia. Se puede resumir que en Cementos Argos no se hace seguimiento de la eficiencia en los motores eléctricos y no existe un plan para la selección adecuada de la potencia en los motores.

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1. ESTADO ACTUAL DE LA GESTIÓN DE MOTORES

La gestión de motores eléctricos al interior de una empresa comprende el mantenimiento, la reparación, compra y adquisición de equipos. Todo esto bajo una planeación que es desarrollada en todas las empresas por el departamento de mantenimiento, que se encarga de realizar todas las labores pertinentes a la administración de los recursos que conllevan la ejecución de los trabajos de mantenimiento. En la mayoría de las empresas se hace mayor énfasis en la planeación de las labores de mantenimiento, en velar porque todos sus equipos trabajen las 24 horas y que no ocurran fallas que afecten el proceso. Debido a que su interés radica sólo en este plano las empresas se apartan de aspectos muy importantes que pueden significar reducción en los costos de producción realizando una mejor administración de los recursos, por ejemplo haciendo seguimiento periódico a la eficiencia de los motores para determinar si su consumo de energía es acorde a la producción; seleccionando adecuadamente la potencia de un motor de acuerdo a las necesidades de la carga; evaluando la posibilidad de realizar cambios en motores de eficiencia estándar a motores de alta eficiencia, etc.

La parte administrativa en la gestión de motores también cumple un papel importante, la reparación, compra o adquisición de motores eléctricos pueden representar ventajas económicas beneficiosas para cada compañía si esta lleva consigo un plan estratégico que le permita tomar decisiones acertadas a la hora de elegir un equipo, decisiones como determinar si es mejor reparar un motor o por el contrario es mejor cambiarlo por un motor de alta eficiencia.

En la mayoría de las empresas la estructura organizacional del departamento de mantenimiento son similares: un gerente de mantenimiento, le siguen planeadores de mantenimiento, luego los jefes de mantenimiento de cada área en particular y por último los oficiales de mantenimiento y contratistas que ejecutan la labor del mantenimiento en los equipos. Cada uno juega un papel importante dentro de la organización pero quien se encarga hacer gestión de los recursos son los mandos medios (planeadores y jefes de mantenimiento), son quienes desarrollan la planificación de los trabajos y administran el manejo de los presupuestos del departamento; llevan el control del cambio o reparación de motores eléctricos y la adquisición de nuevas tecnologías para mejoras del proceso productivo como variadores o arrancadores suaves, etc. De acuerdo a lo mencionado las labores que se desarrollan en los distintos departamentos de mantenimiento de cada compañía manejan un mismo esquema pero del total de las compañías que fabrican un producto en particular son muy pocas las que realizan gestión eficiente en los motores eléctricos, llevando un registro de las eficiencias de sus equipos, teniendo planes para la selección adecuada de la potencia de los motores; cambiando motores de eficiencia estándar por motores

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de alta eficiencia. Al no tener en cuenta estos aspectos es imposible una cultura del ahorro de energía y por ende la reducción en los costos de producción.

El grupo de investigaciones GIEN de la Universidad Autónoma de Occidente define a la gestión energética de motores como “los planes , medidas, acciones técnico administrativas que garantizan la operación confiable y eficiente de los motores eléctricos tal que impacte en la productividad competitividad y el manejo del medio ambiente en las empresas”. Para realizar gestión de acuerdo a investigaciones del GIEN en la fase de operación se requiere de: • Procedimientos del estado técnico. Comprende la evaluación de los

motores eléctricos en cuanto al estado de carga y las eficiencias y su desarrollo en cuanto al consumo de energía.

• Procedimientos del estado energético. Involucra los recursos que maneja

la empresa sea de energía eléctrica, térmica (combustibles fósiles) dentro de sus empresas.

• Procedimientos de mantenimiento para la operación confiable y eficiente de

los equipos. En esta parte se listan todas las tareas y actividades comprendidas en los diferentes tipos de mantenimiento que se realizan a los equipos esto en procura de garantizar la continuidad de los procesos y efectividad en la producción.

• Procedimiento para la reparación eficiente y confiable para casos de

reparación de los motores. Aplicable en todos los talleres certificados para reparación de motores los cuales deben cumplir con los estándares para el rebobinado de motores en procura de no alterar en cierta forma la eficiencia de los equipos1.

1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE. Gestión energética de motores. Cali: Universidad Autónoma de Occidente, 2007. 1 archivo de computador.

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2. ESTADO ACTUAL DE LOS MOTORES EN CEMENTOS ARGOS

La empresa Cementos Argos cuenta con una gran variedad de motores eléctricos y son los motores de inducción los que más aportan al proceso del cemento pero son los motores sincrónicos los de mayor potencia ya que su uso radica en los molinos primarios y secundarios donde se requiere de un alto torque a una velocidad constante.

Dentro de los motores de inducción se encuentran motores de eficiencia estándar y eficiencia nema y motores que no cumplen con ninguna norma en cuanto a eficiencia por que son motores abiertos muy robustos y son motores que llevan operando aproximadamente más de 30 años.

Existen motores de media y baja tensión, la potencia de los motores de media tensión oscila entre 700 y 3500 Hp.

En los motores de baja tensión en un mayor porcentaje la potencia oscila entre 1 y 50 Hp.

2.1 DETALLE MOTORES ELÉCTRICOS EN CEMENTOS ARGOS

La empresa Cementos Argos tiene distribuida sus áreas y cantidad de motores de la siguiente manera:

Tabla 1. Motores Cementos Argos

ÁREA CANTIDAD MOTORES PORCENTAJE SILO 4 1 0,18% SILO 5 1 0,18% SILO 6 1 0,18% TRANSPORTE DE CLINKER 0 1 0,18% SILO 8 2 0,37% SILO 9 2 0,37% TRANSPORTE DE CLINKER 3 2 0,37% BALSA FABRICA 7 3 0,55% Tabla 1. (Continuación).

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ÁREA CANTIDAD MOTORES PORCENTAJE ESPESADOR 5 3 0,55% ESPESADOR 7 3 0,55% TRANSPORTE DE CLINKER 2 3 0,55% ESPESADOR 4 4 0,74% ESPESADOR 6 4 0,74% GRUA 1 ( CLINKERIZACION) 4 0,74% GRUA 2 (CLINKERIZACION) 4 0,74% MOLINO PRIMARIO 2 5 0,92% BOMBA DE PASTA 6 1,11% MOLINO SECUNDARIO 4 6 1,11% QUEBRADORA 3 6 1,11% AIRE FABRICA 7 1,29% BALSA CALERA 1 7 1,29% BALSA FABRICA 6 7 1,29% MOLINO SECUNDARIO 3 7 1,29% MOLINO PRIMARIO 1 8 1,48% MOLINO PRIMARIO 4 8 1,48% QUEBRADORA 2 8 1,48% QUEBRADORA 4 9 1,66% BALSA CALERA 2 10 1,85% SILO 7 10 1,85% BALSA FABRICA 8 11 2,03% EMPACADORA 3 12 2,22% MOLINO PRIMARIO 3 12 2,22% EMPACADORA 4 13 2,40% TRANSPORTE DE CALIZA CALERA 13 2,40% QUEBRADORA 1 13 2,40% TRANSPORTE DE CLINKER 1 14 2,59% AGUA CALERA 15 2,77% MOLINO CEMENTO 6 18 3,33% MOLINO CEMENTO 9 24 4,44% EMPACADORA 5 26 4,81% AGUA FABRICA 27 4,99% MOLINO CEMENTO 8 28 5,18% HORNO 5 52 9,61% Tabla 1. (Continuación).

ÁREA CANTIDAD MOTORES PORCENTAJE

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HORNO 6 60 11,09% HORNO 7 61 11,28% TOTAL MOTORES 541 100,00%

Figura 1. Grafica detalle motores eléctricos en Cementos Argos

De acuerdo a la gráfica, el mayor número de motores se encuentra en el horno 6 zona de clinkerizacion. Esta área contiene el 11,28% del total de motores y es seguida por el horno 7 con el 11.09%; las demás áreas con cantidad de motores significativas son los molinos de cementos y agua de fábrica.

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2.1.1 Carga Instalada En Cementos Argos Por Concept o De Motores Tabla 2. Carga instalada en las áreas de Cementos Argos

ÁREAS CARGA INSTALADA KW AIRE FÁBRICA 4718,45 BOMBAS DE PASTA Y BALSA CALERA 911,49 BALSA FÁBRICA 677,96 ESPESADORES 427,46 EMPACADORAS 207,65 MOLINOS DE CEMENTO 7687,52 MOLINOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS 5001,31 QUEBRADORAS 2080,1 SILOS 121,99 TRANSPORTADORAS DE CLINQUER 211,86 AGUA FÁBRICA Y CALERA 620,6 HORNO 5 2219,8 HORNO 6 1890,53 HORNO 7 2332,12 CARGA TOTAL MOTORES 29108,84

Figura 2. Gráfica carga instalada en áreas de Cementos Argos

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De acuerdo a la gráfica la carga total instalada por concepto de motores eléctricos es de 29108.83 Kw y el área con mayor carga instalada es el área de molinos de cemento con 7687.52 kw.

2.2 DESCRIPCIÓN EMPRESA CEMENTOS ARGOS Y SUS MOTORES ELÉCTRICOS 2.2.1 Proceso de trituración Figura 3. Trituración

Fuente: CEMENTOS ARGOS. Departamento de producción. Yumbo, 2005. 1 archivo de computador. El proceso del cemento parte de la extracción de la piedra caliza apta para la elaboración del producto. Esta primera etapa es realizada en la planta de la calera donde inicialmente se tritura la piedra en dos fases hasta hacerla relativamente pequeña. Existen dos motores de alta potencia encargados de triturar la piedra. Luego de triturar la piedra pasa mediante cintas transportadoras a los molinos primarios cuya función es la de moler la piedra y dejarla en fracciones muy pequeñas como una especie de arena que se mezcla con agua para ser transportada y depositada en unos tanques denominados balsas. La mezcla entre agua y arena es llamada pasta, que de la balsa es llevada a una estación de bombeo de pasta y es transportada hasta otros depósitos en fábrica.

Tabla 3. Motores significativos trituración

DESCRIPCIÓN MOTOR MARCA POTENCIA

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Quebradora 1 Allis chalmer 345hp Quebradora 3 Nordberg 345hp Molino primario 1 Fls 736kw Molino primario 2 Fls 736kw Molino primario 3 Allis chalmer 1150hp Molino primario 4 Fls 1000hp Bomba pasta 1 Yaskawa 180hp Bomba pasta 2 Westinghouse 150hp Bomba pasta 3 General Electric 150hp

2.2.2 Preparación de pasta Figura 4. Preparación de pasta

Fuente: CEMENTOS ARGOS. Departamento de producción. Yumbo, 2005. 1 archivo de computador. La pasta que es enviada desde la planta calera llega a los 4 espesadores en fábrica. En estos depósitos la pasta cae al fondo del tanque y ésta es bombeada a los molinos secundarios que muelen aun más la pasta. Luego ésta es distribuida en tres balsas y mediante el mismo proceso que ocurre en los espesadores donde la pasta cae al fondo del depósito la cual es bombeada al horno para el proceso de clinkerización.

Tabla 4. Motores significativos preparación pasta

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DESCRIPCIÓN MOTOR MARCA POTENCIA

Bomba 1 es4 fls 50kw Bomba 1 es5 fls 50kw Bomba 1 es6 fls 70hp Bomba 1 es7 asea 70hp Motor red p. cuerpo ms03 fls 590kw Motor red p. cuerpo ms04 siemens 590kw Bomba 2 bp8 us motor 100hp Bomba 2 bp7 general electric 75hp Bomba 2 bp6 us motor 100hp

2.2.3 Proceso de clinkerización Figura 5. Clinkerización

Fuente: CEMENTOS ARGOS. Departamento de producción. Yumbo, 2005. 1 archivo de computador. Esta parte consta de la fabricación o elaboración del clinker. La pasta proveniente de las balsas llega a los hornos (5, 6, 7) y aquí inicia el proceso de clinquerización que consiste en pasar la pasta a través del horno a una temperatura de 1400 a 1500°C. A la salida del horno el enfriamiento del clínker se hace con aire que pasa a través de sistemas de parrilla móvil. De estos sistemas el clínker sale con una temperatura inferior a los 150°C. y es llevado a silos de almacenamiento de clinker. En este proceso están involucrados otros subprocesos que hacen posible la elaboración del clinker como el proceso de molienda de carbón que procesa

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este combustible para generar la llama de los quemadores que le dan la temperatura al horno.

Están los filtros electrostáticos que recoge todas las partículas dispersas al interior del horno y las filtra. Aquí llegan tales partículas gracias al ventilador de tiro ubicado al inicio de los filtros. Este está constantemente succionando creando una especie de vacío en el horno.

Tabla 5. Motores significativos clinkerización

DESCRIPCIÓN MOTOR MARCA

POTENCIA

Ventilador de tiro h06 Westinghouse 700 hp Motor compresor fuller h06 Us motors 75hp Motor vk1 h06 Ge motors 75 hp Motor vk 2 h06 Ge motors 100hp Motor vk3 h06 Ge motors 150hp Motor vk4 h06 Ge motors 150 hp Motor vk5 h06 Ge motors 150 hp Motor quebradora enfriador h06 Weg 50hp Motor molino carbón h06 Allis chalmer 250 hp

(Ver Figura 6, página siguiente).

2.2.4 Molienda de cemento Figura 6. Molienda de cemento

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Fuente: CEMENTOS ARGOS. Departamento de producción. Yumbo, 2005. 1 archivo de computador. La molienda consiste en reducir el clinker, el yeso y otros componentes a un polvo fino de tamaño inferior a 150 micrones. La molienda se realiza en los molinos de cemento (6, 7, 8,9). Estos molinos consisten en tubos cilíndricos divididos en dos o tres cámaras que giran a gran velocidad con diversos tamaños de bolas en su interior. El clinker pulverizado o cemento es transportado por unos elevadores y llegan a un separador que tiene la función de separar partículas no pulverizadas y retornarlas al molino. El clinker que pasa del separador llega a un filtro y de aquí parte hacia los silos.

Tabla 6. Motores significativos molienda de cemento

DESCRIPCIÓN MOTOR MARCA POTENCIA Motor vent filtro jet mc08 Reliance 60 hp

Motor vent filtro plenum mc08 General electric 400hp Motor bomba fuller mc08 Us motors 125hp Motor compresor # 1 mc08 Ideal electric 150 hp Motor compresor # 2 mc08 General electric 150 hp Motor red elevador mc08 General electric 75 hp Motor red separador mc08 General electric 200 hp Motor red p. Cuerpo mc08 General electric 3250 hp

2.3 EVALUACIÓN DEL ESTADO DE GESTIÓN EN MOTORES ELÉ CTRICOS EN LA EMPRESA CEMENTOS ARGOS

Para la evaluación del estado de gestión en motores eléctricos en la empresa Cementos Argos se realizó inicialmente un reconocimiento detallado de los distintos procesos que hay en la fábrica para la producción de cemento con el fin de identificar todos los motores eléctricos involucrados en el proceso. Luego de realizar esta etapa de observación de la empresa se procedió a analizar la parte de gestión de motores eléctricos. En el departamento de

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mantenimiento, para llevar cabo tal tarea, se formularon una serie de preguntas a manera de encuesta para así tener conocimiento de las rutinas que se manejan al interior del departamento para llevar un control adecuado en cuanto al mantenimiento, reparación y adquisición de motores eléctricos. Luego de tener la encuesta formulada se entrevistó al ingeniero Juan Carlos Bazante (especialista de mantenimiento en la empresa Cementos Argos) quien es la persona encargada de planear las actividades de mantenimiento y también gestiona todo lo relacionado con los motores eléctricos como autorizar reparaciones de motores a talleres externos y también la compra o adquisición de nuevos motores. La tabla 7 muestra las preguntas realizadas al ingeniero y sus respuestas.

Tabla 7. Encuesta para la evaluación de gestión de motores eléctricos en la empresa Cementos Argos No PREGUNTA RESPUESTA 1 ¿Dentro del programa de

mantenimiento de la empresa se hace inspección rigurosa en los motores eléctricos ac (inspección de cajas de conexión, estado del ventilador, cambio de rodamientos, limpieza, mediciones de aislamiento) en los dc (revisión del diámetro de las escobillas, revisión del colector, limpieza, revisión de los taco generadores) otras cuales? ¿Tienen formatos donde se consigne la información de las labores mencionadas y llevarlas a una base de datos?¿Los procedimientos para el mantenimiento de tales motores están escritos?

No se realiza precisamente el mantenimiento con las connotaciones formuladas en la pregunta, pero de acuerdo al seguimiento que se hace a las variables tanto eléctricas como mecánicas por parte de predictivo e inspecciones en marcha por parte de los electricistas, se determinan posibles fallas en los motores y se planean acciones en el equipo para ser coordinadas en las paradas que son programadas para el año en curso; toda anomalía en los motores queda consignada en una base de datos en un software llamado people soft.

Tabla 7. (Continuación).

No PREGUNTA RESPUESTA

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Realizan análisis de vibraciones mediante outsourcing MPC el analizador de vibraciones; examina la frecuencia de línea (60hz) y compara la velocidad con la velocidad real del motor cuando el equipo registra 2 veces la frecuencia de línea dentro de sus lecturas se puede detectar problemas en el devanado del rotor, problemas en el estator como laminaciones sueltas, pérdida air gap, corto entre espiras desbalance de fases. En cuanto a las variables mecánicas se detectan fallas en los rodamientos, desbalance y desalineación mecánica etc. De acuerdo a los resultados de la mediciones se da un dictamen del estado del equipo las mediciones realizadas quedan consignadas en un historial que tiene el contratista. Cuando el motor o el equipo poseen alguna irregularidad se registra una anomalía y ésta se le comunica al departamento de mantenimiento quien toma acciones sobre el equipo en cuestión, tales anomalías si quedan consignadas en la base de datos de argos (people soft). Quien realiza el análisis de las vibraciones también verifica y comprueba el estado de los equipos cuando se encuentran irregularidades en las inspecciones en marcha de ser significativa la falla se registra la anomalía y se sigue las indicaciones ya comentadas.

2 ¿Realizan análisis de vibraciones en los motores eléctricos con qué frecuencia, y a que equipos en especial .detecta (Desbalance, Fallas en rodamientos, Desalineación, Lubricaciones inadecuadas)?

La frecuencia con que realizan el análisis de las vibraciones se encuentra en una programación anual realizada por el contratista que realiza estas labores bajo la auditoría del departamento de mantenimiento son aproximadamente 5370 puntos en los cuales se realizan análisis de vibración durante el año.



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3 ¿Realizan termo grafía infrarroja en motores eléctricos con qué frecuencia y a que equipos en especial. Detecta (malas conexiones, cortocircuitos, desbalance de líneas, malas instalaciones.)?

Se realizan sólo en las subestaciones eléctricas previo al mantenimiento de las subestaciones y después del mantenimiento aproximadamente una vez al año.

4 ¿Quién realiza el análisis de vibraciones en los motores eléctricos?

Personal contratista MPC.

5 ¿En todas las paradas de mantenimiento se programan mantenimiento a los motores eléctricos?

En las paradas de mantenimiento se programa mantenimiento a aquellos motores que previo análisis por parte de predictivo y electricistas presentaron alguna anomalía y también aquellos motores o equipos que llevan aproximadamente 2 años sin realizarles mantenimiento, así predictivo haya determinado que el equipo se encuentra en buenas condiciones.

6 ¿Realizan mantenimiento predictivo mecánico y eléctrico?

El mantenimiento predictivo lo realiza la empresa contratista MPC y mediante las rutas de inspección en marcha por parte de los electricistas.

7 ¿Cuáles son las actividades que realizan para el mantenimiento predictivo? (rutas de mantenimiento predictivo a motores o equipos críticos) y cómo se programan? ¿Y con qué frecuencia?

Predictivo realiza toma datos de los distintos puntos al interior de la fábrica tales puntos están previamente identificados y las rutas que comprenden el análisis de vibraciones a tales puntos han sido programadas, los puntos de tomas de datos se realizan a motores, reductores, bombas, ventiladores etc. y la frecuencia con que se realizan las mediciones se encuentra en una matriz de rutas de análisis de vibraciones que muestra las semanas del año y los equipos a los cuales se le realizan mediciones, esta matriz esta bajo la autoría del departamento de mantenimiento.

Tabla 7. (Continuación). No PREGUNTA RESPUESTA

30

8 ¿Realizan pruebas estáticas a equipos críticos en paradas de mantenimiento (aislamiento, índice de polaridad)?

Argos contrata todas estas mediciones y reciben un informe detallado no son periódicas.

9 ¿Qué tipo de fallas frecuentes encuentran en los motores de ac y de dc?

Desgaste de rodamientos realizan análisis de causa raíz en problemas repetitivos.

10 ¿En qué áreas de la empresa se presentan mayores fallas en los motores eléctricos?

De acuerdo a las estadísticas que lleva mantenimiento predictivo en los hornos más exactamente en los ventiladores enfriadores existe un problema en el desbalance de fases lo que repercute en el aislamiento de los motores al parecer este problema lo llevan hasta el límite del motor y allí intervienen pero se hace necesario un estudio de calidad de energía debido a que el porcentaje de desbalance entre fases supera los límites permisibles

11 ¿Cómo se planifica el mantenimiento preventivo en los motores eléctricos de la empresa

El mantenimiento preventivo es realizado durante las paradas de mantenimiento por personal contratista , argos tiene estipulado que para los hornos se debe realizar mantenimiento preventivo cada año y en las demás áreas cada 720 horas

12 ¿Cuáles son las actividades que se realizan para el mantenimiento preventivo en los motores eléctricos?

Limpieza del motor , ajuste conexiones ,mediciones, revisión estado tapa del ventilador

Los valores de corriente están siendo monitoreados constantemente gracias a un sistema que posee argos que mide las variables principales de los equipos en tiempo real de acuerdo a los valores de corriente se evalúa la cargabilidad del motor, armónicos.

13 ¿Realizan pruebas dinámicas a los motores eléctricos (corriente, torque, eficiencia, cargabilidad, armónicos etc.)?

eficiencia y torque no son medidos 14 ¿Existe un procedimiento o

criterio para selección adecuada de la protección térmica de los motores. ¿Está escrita?

Esta establecida de acuerdo a criterios del fabricante no está escrito un procedimiento

Tabla 7. (Continuación)


31

15 ¿Realizan mediciones con equipos analizadores de redes?

No

¿Tienen un plan para la selección adecuada de la potencia en los motores eléctricos? ¿Está escrita?

16

No

17 ¿Han adquirido motores de alta eficiencia? ¿En qué áreas y de que potencia aproximadamente?

En el área de molienda motores con potencias pequeñas hasta 10 HP está en proceso un motor de 700 HP

18 ¿Poseen variadores de velocidad? ¿En qué áreas?

Si bombas fuller y los motores principales de hornos 5 y 6

19 ¿Existen dentro de la empresa arrancadores directos para motores de 20 hp en adelante

Existen arrancadores hasta 100 hp

20 ¿Tienen un plan de ahorro de energía en los motores eléctricos está escrito?

No

21 ¿Miden el costo de la energía consumida por los motores con respecto a la producción?

No

22 ¿En la empresa realizan estudios de calidad de energía? ¿Quien la ejecuta y con qué frecuencia?

Sólo se realizan cuando se presentan anomalías en este campo la ejecuta personal contratista

23 ¿Esta establecida la frecuencia del rebobinado de los motores eléctricos?

Máximo 2

24 ¿El taller donde rebobinan los motores tiene certificación de calidad ISO? ¿Cuáles?

IME , LTE

25 ¿Cuando llega un motor de taller externo le realizan pruebas ¿qué tipo de pruebas?

Análisis de vibraciones por parte de predictivo

26 ¿En el sitio de operación del motor existe una marcación con un número o serie que identifique a ese motor?

Los motores tienen un sticker con código de barra la descripción y un código de identificación


32

No PREGUNTA RESPUESTA 27 ¿Los motores tienen un

historial en una base de datos que permita saber todas las intervenciones por parte de mantenimiento sobre el equipo?

Sí

28 ¿Los motores poseen un número o identificación puesto por la empresa que permita saber donde deben ser utilizados en caso de que falle el motor en operación?

Sólo la placa del activo

29 ¿Manejan algún tipo de software para realizar gestión de motores?

No

32 ¿Cuál es el procedimiento para enviar un motor a reparación a taller externo?

Se genera una OT si se encuentra en una de las siguientes situaciones (paro equipos, riesgo a personas, riesgo equipos, impacto al ambiente)

31 ¿Donde consignan la información correspondiente a fallas correctivas mensuales?

Software people soft

La gestión de motores en Cementos Argos planta Valle es llevada a cabo en el departamento de mantenimiento y de allí se coordina todas las actividades en lo concerniente a mantenimiento, reparación y adquisición de motores eléctricos. Las tareas se dividen de acuerdo al tipo de mantenimiento.

• Mantenimiento predictivo (out sourcing , Argos) • Mantenimiento preventivo (out sourcing , Argos) • Mantenimiento correctivo (out sourcing , Argos) De acuerdo a la encuesta realizada se pudieron identificar aspectos significativos en la parte de gestión del mantenimiento y de los motores eléctricos. Se resalta el orden y la planeación que hay a la hora de realizar las actividades de mantenimiento en las maquinas, en particular se destaca el trabajo realizado por parte de mantenimiento predictivo quien lleva un plan estratégico de mediciones que permite identificar fallas a largo o corto plazo de las maquinas, permitiéndole al departamento de mantenimiento tomar acciones oportunas sobre los equipos y evitando fallas o posibles daños en el futuro.

33

A continuación se muestra un diagnóstico actual del manejo de los motores eléctricos en la empresa Cementos Argos en lo concerniente a los tres tipos de mantenimiento que allí se realizan.

2.3.1 Mantenimiento predictivo Cementos Argos Tabla 8. Descripción de las actividades mantenimiento predictivo en Cementos Argos

En base a las mediciones que realiza mantenimiento predictivo en Cementos Argos, se detectan fallas en los equipos tales como:

Medición de análisis de vibraciones

• Motores eléctricos ( lado ventilador , lado acople) • Reductores • Ventiladores • Ejes piñón de los molinos • Transmisiones • Bombas

Almacenar toda la información obtenida de las mediciones en una base de datos

Presentación de informes de anomalías presentadas en los equipos al departamento de mantenimiento

Ajuste en los equipos que presentan desbalance

Verificación del buen funcionamiento de los equipos después de habérsele realizado mantenimiento.

34

Tabla 9. Fallo equipos detectados por mantenimiento predictivo motores eléctricos

Problemas en el devanado del rotor Problemas en el estator • como laminaciones sueltas • pérdida air gap • corto entre espiras • desbalance de fases Problemas en los rodamientos • (pista interna , pista externa ) • En las canastillas • Elementos rodantes (bolas o rodillos) Problemas de lubricación Ajuste en los equipos que presentan desbalance Desalineación en las transmisiones Desbalance en los ventiladores

2.3.2 Mantenimiento preventivo Cementos Argos Tabla 10. Descripción de las actividades mantenimiento preventivo en Cementos Argos

Mantenimiento coordina las actividades. La empresa Cementos Argos maneja esta labor a través de out sourcing.

El mantenimiento se programa en paradas de maquinas: • Hornos una parada en el año • Demás áreas cada 720 horas de trabajo Labores del mantenimiento preventivo motores eléctricos (out sourcing) • limpieza , ajuste de conexiones, revisión de aislamiento en los motores • revisión de aislamiento en los motores , y también se realiza lo mismo en los accionamientos de cada motor • Toda anomalía presentada en este mantenimiento es reportada al departamento de mantenimiento para realizar su respectiva corrección

35

2.3.3 Mantenimiento correctivo Cementos Argos. Cuando mantenimiento predictivo o preventivo genera una anomalía se procede a realizar la respectiva corrección en caso de enviar un motor a reparar a taller externo existe una planeación coordinada y dependiendo de 4 factores se genera la orden de trabajo tales factores son: • Paro a equipos • Riesgo a personas • Riesgo a equipos • Impacto al ambiente La prioridad de la ejecución de la orden de trabajo se determina para 2 situaciones

• Si el motor es averiado la OT se genera inmediatamente. • Si es una urgencia en el transcurso de 7 días se genera la OT. • En los motores de alta potencia (molinos de cemento, molinos primarios y secundarios), cuando existe una avería estos son reparados en el sitio de trabajo por personal de talleres externos de IME o LTE. 2.4 ASPECTOS A MEJORAR EN LA GESTIÓN DE MOTORES ( CEMENTOS ARGOS PLANTA VALLE)

Con base en los resultados obtenidos en la encuesta, se listan a continuación una serie de aspectos relevantes que se encontraron en la parte de gestión de motores de la empresa Cementos Argos.

• Los accionamientos de los motores FLS son muy obsoletos. • No existe un plan para la selección adecuada de la potencia en los motores eléctricos, en el momento de adquirir un nuevo motor la potencia se selecciona en base a la del motor por la cual se va a realizar el cambio respectivo y no evalúan la posibilidad de adquirir un motor de menor potencia. • No se realiza medición de eficiencia en los motores eléctricos y puede ser que sea una de las razones por las cuales en la empresa existan motores con muchos años de trabajo donde su eficiencia es baja con consumos energéticos altos como es el caso de los motores FLS.

36

• En la planta existen motores tipo FLS que no tienen involucrada la eficiencia y son motores cuyo consumo de energía es significativo debido a su antigüedad y que se encuentran tanto en media como en baja tensión. • Los motores FLS son abiertos y están expuestos a toda la polución que se genera en el proceso, cuando un motor de estos tiene un daño en uno o varios de sus devanados es reparado en sitio. Esto tiene repercusiones en la calidad del rebobinado y el aislamiento como tal; algo muy distinto a ser reparado en taller especializado donde se trabaja bajo estándares de calidad para este tipo de labor. • En los enfriadores de los hornos de cementos el control de flujo de aire lo realizan por medio de dampers o compuertas que estrangulan el paso de aire. Esto perfectamente podría ser realizado por un variador de velocidad al regular el flujo de aire sin necesidad que tener los motores trabajando a carga constante. Este tipo de aspectos en la parte de gestión de motores nos mostraron que existen oportunidades de ahorro de energía como planteando procedimientos para evaluar la eficiencia de los motores en sitio y un plan estratégico de cambio de motores de eficiencia estándar por motores de alta eficiencia incluyendo en este plan métodos para seleccionar adecuadamente la potencia de los motores, e implantación de accionamientos como variadores de velocidad para los motores de los ventiladores enfriadores de los hornos.

2.5 IDENTIFICACIÓN DE ÁREAS Y MOTORES DE MAYOR CONS UMO DE ENERGÍA

Para identificar los motores en la empresa Cementos Argos se realizaron una serie de diagramas de pareto que consiste en identificar el 20 % de los motores que impactan con el 80% del consumo total con el fin de mostrar los distintos motores eléctricos de la empresa distribuidos por áreas y así detallar, las de mayor consumo de energía eléctrica en la empresa por concepto de motores.

Los diagramas de pareto realizados para cada área mostraron, qué motores representan el 80 % de la potencia instalada y permitieron identificar los motores a los cuales posteriormente se realizaría mediciones.

En la figura 7 se muestra el pareto que muestra las áreas de Cementos Argos y cuáles son las de mayor carga instalada

37

Figura 7. Pareto carga instalada por áreas

De acuerdo a la gráfica se puede observar que aproximadamente el 80% de la capacidad instalada por concepto de motores eléctricos se encuentra en las áreas de molinos de cemento en primer lugar. Le siguen los molinos primarios y secundarios luego los hornos 5, 6 y 7 respectivamente, y por último las quebradoras y las bombas de pasta.

De acuerdo a la descripción de las áreas, a continuación se muestran los diagramas de pareto donde se ilustran los motores de las distintas áreas y los que más impactan en el consumo de energía teniendo como dato la potencia nominal de placa.

Figura 8.Diagrama pareto aire fábrica

38

Figura 9. Diagrama de pareto bombas de pasta

39

Figura 10. Diagrama de pareto balsa fábrica

Figura 11. Diagrama de pareto espesadores

40

Figura 12 Diagrama pareto empacadoras

Figura 13. Diagrama de pareto molinos de cemento

41

Figura 14. Diagrama pareto molinos primarios y molinos secundarios

Figura 15. Diagrama pareto silos

Figura 16. Diagrama pareto transporte de clinker

42

Figura 17. Diagrama pareto quebradoras

43

Figura 18.Diagrama pareto agua calera y fábrica

Figura 19. Diagrama pareto horno 5

44

Figura 20.Diagrama de pareto horno 6

45

3. MEDICIONES ELÉCTRICAS EN LOS MOTORES DE CEMENTOS ARGOS

Con los diagramas de pareto realizados para cada una de las áreas se identificaron los motores de mayor consumo debido a su potencia nominal de acuerdo a esto se hizo un listado de motores que se muestra en la tabla 11, los cuales se le realizaría mediciones de variables eléctricas para evaluar su eficiencia y su factor de carga.

Tabla 11. Medición motores eléctricos Cementos Argos SISTEMA DESCRIPCIÓN MARCA POTENCIA

HP VOLTAJE

HO5 MOTOR VENT TIRO HO05 WESTINGHOUSE 700

MEDIA TENSION

HO6 MOTOR VENT TIRO HO06 SIEMENS 500

MEDIA TENSION

HO5 MOTOR VENT TIRO HO05 WESTINGHOUSE 700

MEDIA TENSION

HO6 MOTOR VENT TIRO HO06 SIEMENS 500

MEDIA TENSION

HO5 MOTOR MOLINO CARBON HO05 ALLIS CHALMER 587

MEDIA TENSION

HO5 MOTOR VENT # 3 ENFRIADOR HO05 GE MOTORS 150

BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION


BAJA TENSION

HO5

MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HO5 SIEMENS 90

BAJA TENSION

46

Tabla 11. (Continuación). SISTEMA DESCRIPCIÓN MARCA POTENCIA

HP VOLTAJE


BAJA TENSION


BAJA TENSION

HO5

MOTOR QUEBRADORA ENFRIADOR H05 WEG 50

BAJA TENSION

HO6

MOTOR QUEBRADORA ENFRIADOR H06 WEG 50

BAJA TENSION

HO6

MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HO6 SIEMENS 50

BAJA TENSION

MC8 MOTOR RED ELEVADOR MC08

GENERAL ELECTRIC 75

BAJA TENSION

MC8 MOTOR VENT FILTRO JET MC08 RELIANCE 60

BAJA TENSION

MC9 MOTOR VENT FILTRO JET MC09

GENERAL ELECTRIC 60

BAJA TENSION

MP1 MOTOR RED P. CUERPO MP01 FLS 987

MEDIA TENSION

MP2 MOTOR RED P. CUERPO MP02 FLS 736

MEDIA TENSION

MP3

MOTOR BOMBA # 8 LOS HIDROCI.MP03 US MOTORS 100

BAJA TENSION

MP1

MOTOR BOMBA # 2 LOS HIDROCI. MP01 FLS 90

BAJA TENSION

MP2

MOTOR BOMBA # 4 LOS HIDROCI.MP02 FLS 90

BAJA TENSION

BC2 MOTOR BOMBA PA FI # 11 BC02

GENERAL ELECTRIC 60

BAJA TENSION

BP

MOTOR BOMBA PASTA 3 pasto ducto (programadas)

GENERAL ELECTRIC 150

BAJA TENSION

47


En los motores de baja tensión se realizaron mediciones de parámetros generales tales como tensión, corriente, potencia (activa, reactiva, aparente) factor de potencia y cos phi que es el factor de potencia referido a la fundamental de tensión y corriente sobre la fase 1. Del mismo modo se realizan mediciones del THD, la componente dc y las corrientes armónicas impares de cada una de las líneas. También se miden las anomalías de tensión y de corriente y todos los eventos

SISTEMA DESCRIPCIÓN MARCA POTENCIA HP

VOLTAJE

BP

MOTOR BOMBA PASTA 3 pasto ducto (programadas)

GENERAL ELECTRIC 150

BAJA TENSION

BC2 MOTOR BOMBA PA FI # 12 BC02

GENERAL ELECTRIC 60

BAJA TENSION

HC1

MOTOR REDUCTOR CINTA # 6 HC03 ALLIS CHALMER 50

BAJA TENSION

QU1 MOTOR PRINCI. QUEBRADORA ALLIS CHALMER 345

BAJA TENSION

QU1 MOTOR RED CINTA # 11 QU01 US MOTORS 75

BAJA TENSION

QU3

MOTOR PRINCIPAL QUEBRADORA NORDBERG WEG 345

BAJA TENSION

QU4 MOTOR RED CINTA # 13 BALDOR 50

BAJA TENSION

QU4 MOTOR RED CINTA # 17

GENERAL ELECTRIC 50

BAJA TENSION

QU3 MOTOR RED CINTA # 15 QU03

GENERAL ELECTRIC 25

BAJA TENSION

QU3 MOTOR RED CINTA # 16 QU03 SIEMENS 24

BAJA TENSION

QU4 MOTOR RED CINTA # 12 SIEMENS 60

BAJA TENSION

QU4 MOTOR PPAL. ZARANDA # 1 ALLIS CHALMER 40

BAJA TENSION

QU4 MOTOR PPAL. ZARANDA # 2 TOSHIBA 30

BAJA TENSION

48

transitorios que ocurren en un rango de tiempo muy pequeño por el orden de los milisegundos. Estas mediciones fueron realizadas con el analizador de redes y el tiempo de medición fue de 8 a 24 horas en ciertos motores; el tiempo de medición dependía de la variación de la carga: si era una carga donde la corriente no oscilaba mucho el tiempo para tomar datos era más bien poco aproximadamente 4 horas pero si la carga oscilaba en rangos considerables se ampliaba el tiempo de 8 a 24 horas. Esto con el fin de tener una muestra en los datos más confiable y para que en los cálculos de eficiencia y potencia el margen de error fuese más bajo. Para el muestreo de los datos el equipo se configuró con un periodo de integración de 30 segundos. Esto quiere decir que el equipo durante los 30 segundos está tomando los datos pero sólo cuando se cumple los 30 segundos el equipo registra los valores promedio, máximos, y mínimos de cada una de las variables que está midiendo.

Para la descarga de los datos al computador el equipo posee un software llamado top view que permite observar el comportamiento de todas las variables que se configuraron al inicio de la medición, en un rango de tiempo establecido para cada motor y tiene la opción de descargar todos los datos a una hoja de cálculo en Excel. En la tabla 12 se muestra un ejemplo resumido de los datos obtenidos de dos motores (motor ventilador enfriador 3 horno 5 y motor ventilador enfriador 4 horno 5) donde se ha seleccionado las variables tensión corriente potencia y factor de potencia en un periodo de media hora y en la tabla 13 se resume la información obtenida de las variables de potencia, corriente y factor de potencia aplicando la formula de potencia equivalente y corriente equivalente para tener un valor medio respecto a todos los datos obtenidos durante el periodo de medición.

Tabla 12. Medición motor ventilador enfriador 3 horno 5

TIEMPO TENSIÓN L1/L2

CORRIENTE L1

POTENCIA ACTIVA

FACTOR DE POTENCIA

Time V12_Avg I1_Avg Pt+_Avg Pfti+_Avg 21/05/2009 22:00:00

485,1 61,77 40670 0,743

21/05/2009 22:00:30

484,9 61,84 40740 0,743

21/05/2009 22:01:00

485,2 61,79 40660 0,742

21/05/2009 22:01:30

485,2 61,69 40570 0,742

21/05/2009 22:02:00

485 61,65 40520 0,741

21/05/2009 22:02:30

485,1 61,62 40460 0,741


49


CORRIENTE L1

POTENCIA ACTIVA

FACTOR DE POTENCIA

21/05/2009 22:03:00

485,2 61,71 40530 0,74

21/05/2009 22:03:30

485,2 61,72 40510 0,74

21/05/2009 22:04:00

485,2 61,8 40580 0,74

21/05/2009 22:04:30

485,3 61,93 40720 0,741

21/05/2009 22:05:00

485,3 61,81 40660 0,742

21/05/2009 22:05:30

485,4 61,68 40580 0,742

21/05/2009 22:06:00

485,2 61,59 40530 0,742

21/05/2009 22:06:30

485,3 61,61 40540 0,742

21/05/2009 22:07:00

485,2 61,58 40550 0,743

21/05/2009 22:07:30

485,3 61,57 40540 0,742

21/05/2009 22:08:00

485,2 61,5 40460 0,741

21/05/2009 22:08:30

485,2 61,58 40560 0,742

21/05/2009 22:09:00

485,3 61,47 40450 0,742

21/05/2009 22:09:30

485,2 61,52 40540 0,743

21/05/2009 22:10:00

485,4 61,57 40530 0,742

21/05/2009 22:10:30

485,3 61,69 40640 0,742

21/05/2009 22:11:00

485,4 61,68 40580 0,741

21/05/2009 22:11:30

485,3 61,67 40570 0,74

21/05/2009 22:12:00

485,4 61,74 40600 0,74

21/05/2009 22:12:30

485,2 61,72 40620 0,741


50


CORRIENTE L1

POTENCIA ACTIVA

FACTOR DE POTENCIA

21/05/2009 22:13:00

485,4 61,7 40620 0,741

21/05/2009 22:13:30

485,3 61,57 40550 0,742

21/05/2009 22:14:00

485,2 61,55 40550 0,742

21/05/2009 22:14:30

485,4 61,57 40550 0,742

21/05/2009 22:15:00

485,5 61,61 40560 0,743

21/05/2009 22:15:30

485,5 61,61 40540 0,742

21/05/2009 22:16:00

485,4 61,66 40580 0,743

21/05/2009 22:16:30

485,4 61,69 40670 0,743

21/05/2009 22:17:00

485,3 61,69 40660 0,743

21/05/2009 22:17:30

485,5 61,81 40750 0,743

21/05/2009 22:18:00

485,5 61,77 40680 0,742

21/05/2009 22:18:30 485,6 61,75 40670 0,742

21/05/2009 22:19:00

485,5 61,65 40610 0,742

21/05/2009 22:19:30

485,6 61,51 40450 0,741

21/05/2009 22:20:00

485,4 61,51 40480 0,742

21/05/2009 22:20:30

485,6 61,5 40430 0,741

21/05/2009 22:21:00

485,5 61,58 40500 0,741

21/05/2009 22:21:30

485,3 61,66 40530 0,74

21/05/2009 22:22:00

485,5 61,78 40590 0,739


51


CORRIENTE L1

POTENCIA ACTIVA

FACTOR DE POTENCIA

21/05/2009 22:22:30

485,5 61,7 40530 0,739

21/05/2009 22:23:00

485,5 61,64 40520 0,74

21/05/2009 22:23:30

485,4 61,54 40450 0,74

21/05/2009 22:24:00

485,4 61,55 40520 0,741

21/05/2009 22:24:30

485,5 61,47 40430 0,741

21/05/2009 22:25:00

485,5 61,48 40440 0,741

21/05/2009 22:25:30

485,5 61,5 40410 0,74

21/05/2009 22:26:00

485,6 61,63 40540 0,741

21/05/2009 22:26:30

485,6 61,54 40460 0,74

21/05/2009 22:27:00

485,6 61,57 40510 0,741

21/05/2009 22:27:30

485,6 61,59 40490 0,74

Tabla 13. Mediciones de potencia de entrada y corriente motores de fábrica y calera

DESCRIPCIÓN P EQUIV MEDIDA

(KW)

P NOM HP

I EQUIV MEDIDA

(A)

I NOM (A)

FP MEDIDO

MOTOR VENT # 3 ENFRIADOR HO05 48,7011278 150

70,6719 165 0,88


73,0038 165 0,86


73,9355 166 0,86


106,2701 165 0,88


52


(KW)

P NOM HP

I EQUIV MEDIDA

(A)

I NOM (A)

FP MEDIDO


89,9502 166 0,88


85,2357 166 0,88


76,3633 113 0,865

MOTOR VENT # 2 ENFRIADOR HO06 45,4626623 100 65,7453 112 0,865 MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HO5 19,8024711 40 43,0473 49,7 0,815 MOTOR VENT # 1 ENFRIADOR HO05 44,4615456 75

64,2151 87,1 0,845

MOTOR VENT # 1 ENFRIADOR HO06 50,45461675 75 67,4471 92,2 0,845 MOTOR QUEBRADORA ENFRIADOR H05 8,252634713 50

18,7535 58,1 0,835

MOTOR QUEBRADORA ENFRIADOR H06 8,851027354 50

20,9304 59,6 0,84

MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HO6 17,04148747 50 32,2022 60,5 0,86 MOTOR RED ELEVADOR MC08 13,95924651 75 32,2060 92 0,86 MOTOR VENT FILTRO JET MC08 34,98642421 60 51,0798 68 0,87 MOTOR VENT FILTRO JET MC09 25,31819835 60 44,6039 72,5 0,86 MOTOR BOMBA # 8 LOS HIDROCI.MP03 64,6631684 100 96,2658 120 0,87 MOTOR BOMBA # 2 LOS HIDROCI. MP01 39,44480023 90 62,5736 106 0,88 MOTOR BOMBA # 4 LOS HIDROCI.MP02 53,30604845 90

98,3794 106 0,88

MOTOR BOMBA PA FI # 11 BC02 29,55354956 60 46,7594 71,2 0,85 MOTOR BOMBA PASTA 3 68,65868371 150 90,2366 170 0,88 MOTOR BOMBA PA FI # 12 BC02 38,54005948 60

52,5623 71,2 0,85


53


(KW)

P NOM HP

I EQUIV MEDIDA

(A)

I NOM (A)

FP MEDIDO

MOTOR REDUCTOR CINTA # 6 HC03 31,45580547 50 43,9717 61 0,85 MOTOR PRINCI. QUEBRADORA ALLIS CHALMER 95,85744891 300 160,3658 371 0,95 MOTOR RED CINTA # 11 QU01 40,09478371 100 63,2107 119,9 0,87 MOTOR PRINCIPAL QUEBRADORA NORDBERG 179,7050802 345 364,2202 440 0,95 MOTOR RED CINTA # 13 22,86326533 50 41,3203 61 0,81 MOTOR RED CINTA # 17 31,88075778 50 45,9986 63 0,88 MOTOR RED CINTA # 15 QU03 13,86520523 25 21,5142 32,3 0,85 MOTOR RED CINTA # 16 QU03 9,796861706 24 15,6673 31 0,86 MOTOR RED CINTA # 12 17,95682545 57 34,5684 70 0,87 MOTOR PPAL. ZARANDA # 1 10,74848206 40

23,7843 52 0,8

MOTOR PPAL. ZARANDA # 2 16,32931617 30

25,6344 38 0,8

Los datos obtenidos con el analizador son un aporte significativo para evaluar el estado de todos los motores medidos, como también la recopilación importante de información de algunas variables que permiten realizar cálculos para la evaluación de la eficiencia, pero para esta parte de evaluación de la eficiencia se seleccionaron un grupo de motores de calera y fabrica, los cuales se les midió en particular la resistencia óhmica y velocidad en el eje para complementar todas la variables que se deben de medir para realizar cálculos de la eficiencia. La tabla 14 muestra las mediciones de velocidad y resistencia entre líneas de motores de la calera y fábrica.

Estas mediciones fueron realizadas con la fuente regulada directamente a la salida del arrancador del motor aplicando un voltaje dc y midiendo la corriente que pasaba por el motor y por ley de ohm se calculaba el valor de la resistencia V/R y con el estroboscopio digital se midió las RPM del motor enfocando este aparato en el eje.

Tabla 14. Mediciones de velocidad y resistencia motores de la calera y fabrica

DESCRIPCIÓN VELOCIDAD VDC AMP RESISTENCIA Ω

54

CALERA MOTOR BOMBA 2 MP1 1775 0.500 2.43 0.205 MOTOR BOMBA 4 MP2 1770 0.503 2.30 0.218 MOTOR BOMBA 8 MP3 1778 0.492 2.53 0.294 MOTOR CINTA 12 QU4 1791 0.8 3.35 0.238 MOTOR CINTA 13 QU4 1190 1 2.9 0.344 MOTOR CINTA 15 QU3 1741 1 1.21 0.826 MOTOR CINTA 16 QU3 1755 1 0.97 1.030 MOTOR CINTA 17 QU3 1742 1 2.37 0.421 MOTOR ZARANDA 1 QU4 1790 0.9 3.13 0.287 MOTOR ZARANDA 2 QU4 1665 1 1,6 0.625

FABRICA MOTOR ELEVADOR EMPACADORA 4

1431

0,5

MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HORNO 6

3596

0,9

MOTOR SOPLADOR REGUERA EMPACADORA 3

3530

1,2

55

4. MÉTODOS DE EVALUACIÓN DE EFICIENCIA EN LO S MOTORES ELÉCTRICOS EN CEMENTOS ARGOS

Para esta parte se realizó un diagnostico de las eficiencias de los motores de manera global partiendo de la información de placa en los motores consignada en la base de datos. Para los motores que no tenían el valor de la eficiencia se asumió un valor de eficiencia de acuerdo a su año de construcción; esto es tan sólo un indicador de eficiencias, de acuerdo a esto en la figura 21 se clasifican los motores por eficiencia en la calera y fábrica.

Figura 21. Clasificación de motores por eficiencia calera y fábrica

Luego de realizar la clasificación por eficiencias de los motores y siguiendo la información de la base de datos se procede a realizar un histograma que muestra en detalle rangos de potencia donde se identifican los motores con eficiencias mayores al 80% y menores o iguales a 80%. El histograma de potencia es tanto para los motores de calera y fábrica

(Ver Figura 22, página siguiente).

56

Figura 22. Histogramas de potencias caleras

Figura 23. Histograma de potencias fabrica

Tabla 15. Resumen de resultados motores calera

51

57

I n t e r v a l o d e P o t en c ia [H P ]

( T o ta l d e M ot o r es )F r ec u e n c i a

# d e M o t o r es c on

E fic i en c i a> 8 0 %

# d e M o t or e s c on E fic i en c ia

< = 8 0%

1 < X< = 5 0 6 5 2 7 3 85 0 < X < = 1 0 0 1 6 1 2 41 0 0 < X < = 5 0 7 4 31 5 0 < X < = 2 0 0 1 1 02 5 0 < X < = 3 0 0 0 0 03 0 0 < X < = 3 5 0 2 1 17 0 0 < X < = 7 5 0 2 0 29 5 0 < X < = 1 0 0 0 1 0 11 0 0 0 < X < = 1 0 5 0 1 0 11 0 5 0 < X < = 1 1 0 0 0 0 01 1 0 0 < X< = 1 1 5 0 1 0 1

T o ta l 9 6 4 5 5 1

C A L ER A

Tabla 16. Resumen de resultados motores fábrica

Intervalo de Potencia [HP]

(Total de Motores)Frecuencia

# de Motores con Eficiencia

>80%

# de Motores con Eficiencia<=80%

1<X<=50 256 141 11550<X<=100 47 39 8100<X<=150 12 12 0150<X<=200 4 4 0200<X<=250 2 0 2250<X<=300 3 1 2300<X<=350 3 0 3350<X<=400 1 1 0450<X<=500 1 0 1550<X<=600 1 0 1650<X<=700 1 0 1750<X<=800 1 0 12450<X<=2500 1 0 13200<X<=3550 1 0 1

Total 334 198 136

FÁBRICA

La clasificación de potencia y eficiencia realizada a los motores de calera y fábrica permitió identificar:

El mayor número de motores se encuentran en un rango de 1 – 50 HP, 67% y 76.65% sobre el total de motores para calera y fábrica respectivamente. En donde el 58.46% en calera y el 44.92 % en fábrica de estos motores manejan eficiencias estándar ≤ 80%.

58

Ante este escenario se recomienda un análisis de costo-beneficio para la sustitución de motores de eficiencia estándar por motores de alta eficiencia teniendo en cuenta para la selección del nuevo motor la potencia adecuada según la aplicación de éste (estudio de cargabilidad para motores).

4.1 MÉTODO DE EVALUACIÓN DE EFICIENCIA EN SITIO POR SEPARACIÓN DE PÉRDIDAS EN LA EMPRESA CEMENTOS ARGOS

La empresa Cementos Argos dentro de la evaluación que se realizó en cuanto a la gestión de motores demostró que dentro de las actividades de gestión no está incluido el seguimiento de la eficiencia en los motores. Por esta razón la empresa no tiene un indicador del rendimiento de sus máquinas y por ende los costos de producción por concepto de energía eléctrica consumida por motores eléctricos no tendrían un control adecuado que le permitiera a los procesos y sub procesos ser más eficientes.

Debido a esto se pretende mostrar una opción que le permita a la empresa Cementos Argos llevar un registro de las eficiencias e identificar los motores que debido a su baja eficiencia generan perdidas de energía eléctrica que se reflejan en el aumento de los costos de producción y porque no decirlo en un problema de tipo ambiental como es el desperdicio de energía.

Para la evaluación de eficiencia en sitio del motor se optó por utilizar el método de separación de perdidas y se toma como caso de estudio el motor de la calera MOTOR BOMBA 2 MP1 al cual se le realizaron las mediciones pertinentes para cálculo de la eficiencia en sitio.

Datos mediciones del motor

Potencia de entrada 39444.80023 w Resistencia estator 0.205 Ω

Velocidad nominal 1800 rpm

Velocidad en el eje 1775 rpm

De acuerdo a la norma (método E1 IEEE112 2004)

59

De la potencia de entrada De acuerdo a la norma IEEE112 2004 sección 5.74

De la potencia de entrada

Para motores menores 0.750 – 90 kw

Cálculos

P1 = Potencia de entrada

P1 = 39444,8003

PERDIDAS EN EL DEVANADO DEL ESTATOR 3 I2 R

3*62.572*0.205

2.407Kw

Como se dijo anteriormente las perdidas en el hierro mas las perdidas por fricción y ventilación son (3.5% a 4.2%) de la potencia de entrada, según la norma (método E1 IEEE 112 2004).

Potencia de entrada al motor

PERDIDAS EN EL DEVANADO DEL ROTOR S Pa

60

0.013*37.043 Kw

( ) = 0.4815 Kw

Perdidas adicionales con carga

De la potencia nominal de salida

Potencia nominal de salida = 67,14 kw

Pérdidas totales = +

Pérdidas totales =

Pérdidas totales = 5.47 kw

η = 86.13 %

4.1.1 Medición de eficiencia a través de software. Para esta medición

se hizo uso del software de eficiencia energética en motores eléctricos EEME (evaluación en sitio de la potencia y eficiencia de operación) diseñado por la universidad autónoma de occidente y la universidad del atlántico.

Los cálculos se realizaron con base a los datos de los motores listados en las tablas 10 y 11 ya que a estos motores se le obtuvieron los siguientes datos: Potencia de placa (HP), Corriente medida (A), Potencia de entrada (w), Velocidad medida (RPM), Número de polos del motor, Frecuencia de la red (HZ), Resistencia entre dos líneas los cuales son necesarios para realizar tal evaluación. A continuación se muestra los cálculos realizados en el software para 2 motores, y en la tabla 17 se resume los datos de corrientes, potencia, factor de carga y eficiencia de los motores de fábrica y calera Figura 24. Evaluación potencia y eficiencia motor bomba 2 MP1

61

Fuente: UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE y UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO. Grupo de Investigación GIEN y Grupo de Investigación KAI. Software desarrollado EEME. Cali, 2007. 1 archivo de computador.

Figura 25. Evaluación potencia y eficiencia motor soplador quemador horno 6


Tabla 17. Resumen datos corrientes, potencia, factor de carga y eficiencia motores fábrica y calera


P NOM

I EQUIV MEDIDA

I NO

EFF %

POTENCIA

FACTOR DE

57

62

(KW) HP (A) M (A)

SALIDA HP

CARGA PSALIDA/P

NOM MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HO6 17,04148 50 32,2022 60,5 83.7 20,59 41,18% MOTOR BOMBA # 8 LOS HIDROCI.MP03 64,66316 100 96,2658 120 86.5 76,78 76,78% MOTOR BOMBA # 2 LOS HIDROCI. MP01 39,44480 90 62,5736 106 88.5 46,81 52,01% MOTOR BOMBA # 4 LOS HIDROCI.MP02 53,30604 90 98,3794 106 86.2 61,62 68,47% MOTOR RED CINTA # 13 22,86326 50 41,3203 61 88.7 27,19 54,38% MOTOR RED CINTA # 17 31,88075 50 45,9986 63 86.6 37,02 75,00% MOTOR RED CINTA # 15 QU03 13,86520 25 21,5142 32,3 86.3 16,04 64,16% Tabla 17. (Continuación).


(KW)

P NOM HP

I EQUIV MEDIDA

(A)

I NOM (A)

EFF %

POTENCIA

SALIDA HP

FACTOR DE

CARGA PSALIDA/

PNOM MOTOR RED CINTA # 16 QU03 9,796861 24 15,6673 31 86.4 11,35 47,29% MOTOR RED CINTA # 12 17,95682 57 34,5684 70 88.8 21,39 37,53% MOTOR PPAL. ZARANDA # 1 10,74848 40 23,7843 52 88.1 12,71 31,78% MOTOR PPAL. ZARANDA # 2 16,32931 30

25,6344 38 82.5 18,07 60,23%

De acuerdo a lo anteriormente visto en los cálculos mediante el software y la tabla donde se resumen los datos obtenidos de las mediciones de potencia de salida en eje y la eficiencia de los motores, se pudo observar que existen deficiencias en la cargabilidad de los motores, que en su mayoría están en un 70 % de factor de carga hacia abajo a estos motores. Lo más recomendable es realizar un estudio de selección de potencia para hallar la potencia de un motor que se ajuste de

63

manera adecuada y eficiente a los requerimientos de la carga y los motores que tienen como factor de carga un porcentaje mayor o igual al 75 % evaluar el cambio del motor de eficiencia estándar por un motor de alta eficiencia.

4.2 PLANTEAMIENTO PARA OBTENCIÓN DE DATOS PARA REALI ZAR MEDICIÓN DE EFICIENCIA EN SITIO EN CEMENTOS ARGOS

De acuerdo a lo anterior visto en la metodología para evaluar la eficiencia en sitio de los motores eléctricos de la empresa Cementos Argos, ahora se plantea como adquirir la información necesaria para realizar los cálculos de eficiencia. Esta tarea radica en la planeación de las actividades de mantenimiento en lo concerniente a las mediciones de campo. Dentro del mantenimiento predictivo el grupo de electricistas tiene dentro de sus funciones realizar mediciones periódicas de las variables críticas de los motores como son corriente y temperatura. Para efectos de medición de eficiencia se debe planificar la medición de las siguientes variables: (Potencia de entrada, Resistencia estator, Velocidad en el eje).

Debido a la gran cantidad de motores eléctricos en la empresa se debe ejecutar un plan de medidas en los motores donde se le haga seguimiento de las variables en cuestión. Estas mediciones se realizarían cada dos meses para cada motor y los datos se almacenarían en la base de datos que posee Cementos Argos, y por esta razón tal base de datos debe ser reestructurada actualizando los datos de placa de los motores y añadiendo los ítems que almacenarían la información acerca del estado de eficiencia de los motores.

Las mediciones se realizarían a los motores con potencias superiores a 10 hp ya que a partir de ahí es significativo la disminución de la eficiencia en los costos de energía y además porque en la empresa Cementos Argos en caso de daño de un motor de 10 hp no se manda a rebobinar si no que se adquiere uno nuevo con eficiencia nema Premium.

Luego de tener un plan de mediciones y una base de datos estructurada se pasa al procesamiento de la información. Para esta parte la empresa debe decidir en, si adquirir un software con licencia que evalué la eficiencia de los motores o realizar una hoja de cálculo en Excel que realice el cálculo de la eficiencia por el método de separación de pérdidas.

64

5. PLANTEAMIENTO PARA TRAZAR UN PROGRAMA ESTRATÉG ICO DE SUSTITUCIÓN DE MOTORES EN BASE A CASOS DE ESTUDIO, EN

MOTORES DE LA CALERA Y FÁBRICA

En las mediciones que se realizaron en los motores eléctricos se identifico que aproximadamente un 50% de ellos presentan cargabilidad del 50 % hacia abajo. En los motores medidos también se notó que varios de ellos debido a su año de construcción la eficiencia de estos no estarían por encima del 90%.

Estos antecedentes dan origen a un planteamiento para trazar un programa estratégico de sustitución de motores analizando la potencia y la eficiencia de los motores, seleccionando adecuadamente la potencia del motor y realizando cambios de motores de baja eficiencia por los de alta eficiencia para obtener un rendimiento optimo en los procesos. Esto con el fin de minimizar el consumo de energía para tal planteamiento se ha estudiado en métodos de selección de potencia y análisis económico en cambio de motores de baja eficiencia por motores de alta eficiencia.

5.1 CASO DE SELECCIÓN DE POTENCIA MOTOR SOPLADOR QU EMADOR HORNO 6

Dentro del planteamiento para trazar un programa estratégico de sustitución de motores se contempló el caso de analizar todos los motores cuya cargabilidad fuese menor o igual al 70 % y que este comportamiento de la carga fuera continuo.

Se tomó como ejemplo el motor soplador del horno 6 cuya carga es un ventilador utilizado para inyectar aire a presión para la combustión del carbón que posteriormente genera una llama que es la que calienta el horno, las mediciones que se realizaron a este motor indican que su cargabilidad es de 41,18% es un motor de operación continua ya que si este falla el horno automáticamente se detiene, a continuación se observa en la tabla 18 el contenido de la placa de características de este motor.

65

Tabla 18. Placa características motor soplador quemador horno 6

Partiendo del hecho que este motor posee un porcentaje de carga menor al 70 % se evalúa la posibilidad de seleccionar adecuadamente la potencia y para ello se utilizaron dos métodos de selección de potencia: el método de la potencia equivalente y el método de la corriente equivalente

5.1.1 Método de selección, potencia equivalente mot or soplador

quemador horno 6. Para este método se requirieron de las mediciones de corriente, potencia, velocidad y resistencia óhmica del motor.

Como el analizador nos arrojo un dato de potencia y de corriente cada 30 segundos durante un lapso aproximadamente de ocho horas lo que se hizo fue aplicar la siguiente fórmula para hallar la media de todos estos datos para así hallar una potencia equivalente y una corriente equivalente.

De los datos obtenidos por el analizador también se tomaron los valores máximos de potencia y de corriente a continuación en la tabla 19 se muestran los datos

MARCA WEG

NUMERO 14AG006 BX7565814

POTENCIA 50HP FACTOR DE SERVICIO 1,15 RPM 3560 TIEMPO DE TRABAJO CONT VOLTAJE 460 NUMERO DE FASES 3 FRECUENCIA 60 AMPERAJE 60,5 FACTOR DE POTENCIA 0,86 TEMPERATURA DE TRABAJO 40C° CLASE DE AISLAMIENTO F

66

para realizar el cálculo de la selección de potencia por el método de potencia equivalente.

Tabla 19. Datos medición motor soplador quemador horno 6

POTENCIA EQUIVALENTE DE ENTRADA (W) 17041 POTENCIA MÁXIMA EQUIVALENTE DE ENTRADA (W) 18840 CORRIENTE EQUIVALENTE MEDIDA (A) 32,2 CORRIENTE MÁXIMA MEDIDA (A) 34,19 VELOCIDAD REAL EN EL EJE (RPM) 3596 RESISTENCIA OHMICA ENTRE LÍNEAS (OHMIOS) 0,9

Para el cálculo de la selección de potencia mediante el método de la potencia equivalente requiere que los cálculos sean con la potencia de salida en el eje pero el analizador nos da el dato de potencia de entrada para obtener; este valor de la potencia se obtiene mediante el despeje de la fórmula de eficiencia que hace la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada es decir calculamos la eficiencia de este motor y despejamos la potencia de salida entonces:

η = potencia de salida / potencia de entrada Potencia de salida = η*potencia de entrada El cálculo de la eficiencia es realizado por software donde se ingresan los datos de la tabla 16 y los resultados obtenidos son la eficiencia y la potencia de salida en el eje.

67

Figura 26. Cálculo de la eficiencia a potencia de entrada en el motor quemador soplador horno 6


También es necesario calcular la eficiencia y la potencia de salida en su valor máximo, porque así lo requieren los cálculos por el método de potencia equivalente que solicita un valor máximo de potencia de salida en el eje Estos procedimientos también son desarrollados mediante el software.

Figura 27. Cálculo de la eficiencia a potencia de entrada máxima en el motor quemador soplador horno 6

68


Los resultados para la potencia equivalente de salida en el eje fueron de 19.13 hp (14271 w) y de potencia máxima en el eje fueron de 21.2 hp (15815 w).

Luego de tener estos datos de potencia se buscó en un catalogo de motores weg un motor que tuviera una potencia similar a la potencia equivalente de salida.

Y se encontró un motor de alta eficencia 25hp (18650 w) 3600 rpm Mmax/Mn = 2.2 el cual cumple los requisitos del calentamiento. Se debe comprobar el motor seleccionado por sobrecarga. Para ello se haya el momento máximo que pide la carga y se compara con el máximo que es capaz de dar el motor.

El momento máximo que pide la carga se calcula a partir de la potencia máxima del ciclo.

El momento nominal del motor es

Como el factor de sobrecarga (momento relativo) del motor es 2.4 el momento máximo absoluto es: 2.2 Mn

O sea que: M max = 2.2 x 49.52 = 108.944 N-m

Si se toma un factor de seguridad igual a 0.75: 41. 99>(0.75*108.944=81.708) N-m

69

El momento máximo absoluto del motor es mayor al momento máximo de la carga. Esto quiere decir que el motor es adecuado para los requerimientos de momento máximo

El ventilador soplador quemador del horno 6 opera con un motor de 50 hp actualmente y haciendo énfasis en los cálculos de selección de potencia para este motor vemos que esta carga podría operar con motor de 30 hp. Como la carga se trata de mover unas aspas, la corriente de arranque del motor actual se encuentra por el orden de los 200 amperios y el motor de 30 hp tiene un valor de corriente de arranque de 273 amperios, es decir el motor de 30 hp podría vencer la inercia de las aspas y así arrancar la carga.

5.1.2 Método de selección, corriente equivalente Mo tor Soplador

Quemador Horno 6. Este método se basa en la selección de la potencia del motor con base en la corriente equivalente medida con el analizador. Al igual que el método de la potencia equivalente donde se tomaron los datos de potencia en un lapso de tiempo y luego se calcula la potencia equivalente mediante una fórmula aquí se realiza de manera similar sólo que se trabaja es con los valores de corriente medida y se aplica la siguiente fórmula y hallamos la corriente equivalente.

El valor de corriente equivalente medido fue de 32.2 amperios. Buscamos en el catalogo de motores un motor cuya corriente nominal esté aproximada a este valor y vemos que el motor de 30 hp a 3600 rpm tiene una corriente nominal de 36.6 amperios. Con este dato obtenido seleccionamos la potencia del motor pero se debe realizar una comprobación por sobrecarga admisible para un motor asincrónico de corriente alterna. La comprobación a la sobrecarga admisible se practica partiendo de la desigualdad.

λMn ≥ Mmax

λ = coeficiente de sobrecarga admisible, para el motor seleccionado este valor es de 2.6 el momento nominal y el momento máximo de la carga fueron calculados para el método de potencia equivalente y su valores fueron

Mn = 58.42 Mmax.c= 45.26 N-m

70

Entonces (2,6)(58.42) ≥ 45.26 151.82 ≥ 45.26

Se cumple la condición y esto quiere decir que la potencia del motor seleccionado es adecuada para los requerimientos de la carga en este caso un ventilador.

5.2 EVALUACIÓN ECONÓMICA SUSTITUCIÓN MOTOR SUB CARG ADO CASO MOTOR SOPLADOR QUEMADOR HORNO 6

Para la evaluación económica de sustitución de motor sub cargado caso motor soplador quemador horno 6, se requirió previamente saber el estado de carga del motor y la eficiencia y habérsele realizado el trabajo de seleccionarle adecuadamente la potencia. Ya con el dato de potencia adecuada y la eficiencia.

Se procedió a realizar el análisis económico en el software EEME (reemplazo de motor en operación) donde se requieren los siguientes datos:

• Potencia nominal del motor • Tiempo de operación anual • Eficiencia motor nuevo • Eficiencia motor antiguo • Costo motor nuevo • Costo de la energía kwh • Inflación anual de la energía • Factor de carga • Interés bancario anual • Vida útil Para este análisis se recalcaron ciertos aspectos debido a que se está haciendo un estudio económico a un motor que tiene un factor de carga de 41.18% y no por baja eficiencia, que aunque están muy ligados estos dos términos, pero en la práctica tienden a diferir en conceptos. Tales aspectos están relacionados con la potencia nominal y el factor de carga, ya que en el software no se debe digitar el valor de la potencia de placa si no el valor de la potencia obtenido en el estudio de selección adecuada de la potencia, ya que es la potencia que cumple con el requerimiento de la carga.

Y el aspecto relacionado con el factor de carga es que no se debe digitar el valor real de cargabilidad del motor si no asumir que como ya se tiene una potencia adecuada el factor de carga será del 100 % aproximadamente.

71

A continuación en la figura 28 se realiza el análisis económico para el cambio del motor soplador quemador horno 6.

Figura 28. Análisis económico motor soplador horno 6


Figura 29. Resultados evaluación económica motor soplador horno 6

72


Figura 30. Gráfica valor presente neto motor soplador horno 6


El análisis económico arrojó como resultado que es económicamente viablemente la sustitución del motor soplador quemador del horno 6 por uno de menor potencia. El retorno de la inversión sería de aproximadamente en 2 años y medio y a lo largo de la vida útil del motor se obtendrían ahorros significativos de energía Impactando de forma positiva la productividad y la eficacia de los procesos.

73

5.3 SUSTITUCIÓN DE MOTOR BOMBA 8 ZONA CALERA DE BAJ A EFICIENCIA POR MOTOR DE ALTA EFICIENCIA

Para este caso de estudio se seleccionó el motor de la bomba 8 ubicado en el molino primario 3. Este motor se consideró apto para realizarle este análisis debido a que es un motor de potencia considerable (100 Hp) que su valor medio de carga es del 76,78% y su eficiencia es de 86.46% que es relativamente baja considerando que es un motor de alta potencia y que los rangos de eficiencias para motores de estas potencias están por el orden del 93 % y el 96%.

5.3.1 Análisis económico cambio motor baja eficienc ia por motor alta eficiencia (motor bomba 8 zona calera). Para el análisis económico del motor de la bomba 8 se utilizó el software EEME (reemplazo del motor en operación) y se ingresaron los datos requeridos. Para hacer tal estudio en las figuras 31, 32 y 33 se muestra el desarrollo.

Figura 31. Análisis económico motor bomba 8


Figura 32. Resultado análisis económico motor bomba 8

74


Figura 33. Gráfica valor presente neto motor bomba 8


75

De acuerdo a los resultados del análisis económico, el motor de la bomba 8 del molino primario 3 es candidato a ser sustituido por un motor de alta eficiencia ya que éste se pagaría en un tiempo aproximado de 3 años y tres meses. Esta inversión se justificaría ya que esto repercute en los años siguientes después de haber retornado la inversión en ahorros significativos de energía y disminución en los costos de producción.

6. PROPUESTA PARA EL MANEJO EFICIENTE DE MOTORES EN CEMENTOS

ARGOS

Los aspectos a mejorar en la parte de gestión, encontrados en la empresa Cementos Argos permitieron ver claramente que el departamento de mantenimiento no realiza un seguimiento a la eficiencia de los equipos. No existe tampoco un plan de selección adecuada de los motores y en la empresa aún operan motores muy antiguos lo que quiere decir que no se lleva un registro actualizado del tiempo que lleva trabajando los motores eléctricos desde su instalación.

6.1 FORMATO PARA LLEVAR UN REGISTRO DE LA HOJA DE V IDA DEL MOTOR

Para la realización del formato se debe tener en cuenta inicialmente todo lo que se debe hacer en el chequeo del motor y la periodicidad con la que se ejecutan las labores. En la tabla 20 se muestra un listado de chequeos que se realizan al motor con su respectiva frecuencia de mantenimiento.

Tabla 20. Lista de chequeos motores eléctricos FRECUENCIA DE MANTENIMIENTO

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Ac t i v i d a d T D S M A Limpieza exterior y comprobación de resistencia de aislamiento

X

Desarme, inspección y secado

X

Revisión y engrase de rodamientos

X

Limpieza del devanado con gasolina o nafta

X

Secado del devanado X Revisión de cuñas y acoples X Comprobación de balance de tensión

X

Comprobación factor de potencia

X

Vibraciones X Tabla 20. (Continuación).

FRECUENCIA DE MANTENIMIENTO Ac t i v i d a d T D S M A Apriete de conexiones X Ajuste de tensión de poleas y correas

X

Comprobación de alineamiento

X Verificar conexión a tierra X Medición de reactiva, corriente y velocidad

X

Revisión y calibración de protecciones

X

Revisión del sistema de ventilación y enfriamiento

X

Revisión de alineación X Sistemas De control X Termo grafía X T: Turno. D: Diario.

M:mensual A: Anual

Fuente: UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Documentos Uso Racional de la Energía (URE). Mantenimiento en la Gestión Energética [en línea]. Colombia: UPME, 2010 [consultado marzo de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Default.aspx?tabid=75

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Toda la información de inspección y de medición debe ser consignada en la base de datos de motores eléctricos de Cementos Argos.

Como la empresa Cementos Argos no realiza un seguimiento de la eficiencia y de los factores de carga, se propone el siguiente formato listado en la tabla 21 para el almacenamiento de la información en la base de datos.

Tabla 21. Listado de elementos para realizar seguimiento de eficiencia y cargabilidad del motor DESCRIPCIÓN

MOTOR MARCA EFF NOM

AÑO INSTALACION

EFF MED

I NOM

POTENCIA SALIDA

I MED

POTENCIA NOMINAL

FACTOR DE CARGA

X X X X X X X X X X

X X X X X X X X X X

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Tabla 22. Rutas de medición

NUMERO SEMANAS

NOMBRE DEL EQUIPO 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

MOT VENT 4 ENFR H05 ……..






MOT VENT 2 ENFR H05 …….. La tabla anterior muestra que cada 4 semanas cumplidas en el calendario a la semana siguiente se haría la medición de eficiencia en el motor y su cargabilidad realizando aproximadamente 11 mediciones al mismo motor durante el año. Este ejemplo de programación de actividades está basado en el plan de medidas de mantenimiento predictivo.

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Los Resultados de todas las mediciones se consignarían en la base de datos de los motores para llevar el historial de mediciones de eficiencia y cargabilidad en los motores, y así poder identificar qué motores están con deficiencias en estos dos aspectos y entrar a evaluar la posibilidad de un cambio del motor para mejorar ya sea su eficiencia o su cargabilidad.

6.2 ASPECTOS PARA UN MANTENIMIENTO Y GESTIÓN EFICIE NTE DE MOTORES ELÉCTRICOS

De acuerdo al documento “mantenimiento en la gestión energética” de la UPME y COLCIENCIAS, a continuación se listan aspectos a realizar para un mantenimiento eficiente:

• Desarrolle una lista de equipos y sistemas de planta • Aplique el método de mantenimiento alterno para la clasificación de

equipos y componentes por tipo de mantenimiento. • Localice el manual de uso y mantenimiento original de los equipos y

sistemas, y si no fuera posible, contacte con el fabricante por si dispone de alguno similar, aunque no sea del modelo exacto.

Establezca un manual mínimo de buen uso para los operarios de la máquina,

que incluya la limpieza del equipo y el espacio cercano (autodiagnóstico, registro proactivo). Para eso tenga en cuenta:

• Establezca una lista de puntos de comprobación en operación, como niveles de lubricante, presión, temperatura, voltaje, peso, composición de gases de combustión, composición de agua, etc., así como sus valores, tolerancia y periodicidad de comprobación, en horas, días, semanas.

• Verifique o establezca la existencia de procedimientos de operación para cada uno de los estados operacionales del equipo o sistema: arranque, parada, cambio de productos, paradas no programadas, paradas programadas, etc.

• Realice los registros requeridos para verificar la acción del operario y medir el estado técnico del equipo en cuanto a disponibilidad y eficiencia.

Establezca un manual mínimo de buen uso para los mantenedores por

máquina y/o sistema. Para esto tenga en cuenta:

• Establezca un Plan Programa de Lubricación de la misma forma, comenzando con plazos cortos, analizando resultados hasta alcanzar los plazos óptimos.

• Establezca un Plan Programa para los sistemas de filtración y filtros del equipo, sean de aire, agua, lubricantes, combustibles, etc. Para establecer los plazos exactos de limpieza y/o sustitución de los filtros, nos

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ayudará revisarlos y comprobar su estado de forma periódica. Los filtros de cartucho pueden abrirse para analizar su estado, y comprobar si se sustituyeron en el momento justo, pronto o tarde.

• Establezca un Plan Programa para transmisiones, cadenas, rodamientos, correas de transmisión, etc., los fabricantes suelen facilitar un nº de horas aproximado o máximo de funcionamiento, pero que dependerá mucho de las condiciones de trabajo: temperatura, carga, velocidad, vibraciones, etc. Por lo tanto, no tomar esos plazos máximos como los normales para su sustitución, sino calcular esa sustitución en función del comentario de los operarios, la experiencia de los técnicos de mantenimiento, incidencias anteriores, etc.

• Cree un listado de accesorios, repuestos, recambios para el equipo, valorando el disponer siempre de un Stock mínimo para un plazo temporal de 2 veces el plazo de entrega del fabricante, sin olvidar épocas especiales como vacaciones, etc.

• Siempre que sea posible, agrupe en el Plan o Programa de Mantenimiento las distintas acciones de mantenimiento preventivo que requieran la parada del equipo o máquina, aunque los plazos no sean exactos, adelantando un poco los más alejados (por ejemplo, si establece la comprobación de presión de un elemento cada 30 días podemos establecerlo nosotros cada 28, para coincidir con otras tareas preventivas del plazo semanal (7 x 4 semanas =28 días).

- Si no disponen de un Software de Mantenimiento, con un mínimo conocimiento de ordenadores pueden crearse aplicaciones simples pero efectivas con programas como Access (bases de datos) y Excel (Hoja de Cálculo), que nos permitirán tener una ficha del equipo, con sus incidencias, paradas, averías, soluciones, repuestos usados, evolución de indicadores de disponibilidad y de eficiencia, etc. Cuantos más datos recojan y guarden, más exactos podrán ser su Programa de Mantenimiento2.

2 UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Documentos Uso Racional de la Energía (URE). Mantenimiento en la Gestión Energética [en línea]. Colombia: UPME, 2010 [consultado marzo de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Default.aspx?tabid=75

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6.2.1 Reparación Eficiente de los Motores Eléctric os

Los estudios muestran que el rebobinado del motor mediante técnicas

inadecuadas reduce la eficiencia del motor entre 2 % a 4%. Es preciso Exigir que los motores sean rebobinados usando técnicas que permitan mantener o mejorar la eficiencia del motor reparado. Entre las técnicas usadas para conservar la eficiencia del motor es usar un Horno de Pirólisis, el que permite someter al bobinado a una temperatura controlada de 350 y así poder retirar el bobinado del núcleo sin dañar las láminas del núcleo magnético [4]. También es importante es que el número de vueltas y el calibre no cambie y que la longitud de las bobinas no aumente, para esto es importante que se mida la longitud de las cabezas de bobina y esta se mantenga luego del rebobinado. Con esto se asegura que la resistencia del bobinado no varíe y las pérdidas en los conductores del estator se mantenga inalterables. Si es posible, se recomienda aumentar el calibre y disminuir la longitud de las bobinas esto ayudará a disminuir las pérdidas en los conductores del estator3.

6.2.2 Decisión de compra de un motor de alta efici encia

Cuando se considera la posibilidad de compra de un nuevo motor eléctrico, el ingeniero responsable de la decisión debe valorar la rentabilidad económica de pagar un costo adicional por el motor de alta eficiencia frente al ahorro derivado de un menor consumo energético, esta decisión se debe basar en el tiempo de amortización de la inversión.

Considerando valores medios de carga del motor (75%), de mejora de

eficiencia

entre el motor estándar y el motor de alta eficiencia (entre el 2% al 5%); de costo de compra del motor, de periodo de amortización de tres años y del precio de la energía, puede indicarse que es interesante la compra de un motor de alta eficiencia en los siguientes casos:

3 UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Documentos Uso Racional de la Energía (URE). Eficiencia energética en motores eléctricos [en línea]. Colombia: UPME, 2010 [consultado marzo de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/motores.pdf

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En los motores entre 10 y 75 HP cuando operan 2500 horas anuales o más. En los motores de potencias distintas a las anteriores (pequeños y grandes motores) cuando operan 4500 horas o más4.

6.2.4 Descripción de las actividades de mantenimie nto en los motores eléctricos para un mantenimiento eficiente • Limpieza exterior y comprobación de resistencia : aquí se realiza una limpieza al motor con limpiadores o químicos diseñados para tal función. Por último se toma el valor de la resistencia de aislamiento de los devanados con respecto a tierra y confirmar que cumple con valores aceptables de aislamiento. • Desarme, inspección y secado: esta actividad se realizaría en motores con potencias mayores a 100 hp y que tengan problemas de vibraciones y de aislamiento. • Revisión y engrase de rodamientos: todos los motores que posean conector para grasera deben tener un cronograma para engrase de rodamientos y éste debe realizarse de acuerdo al estado del motor pero por lo general se puede realizar cada mes máximo. • Limpieza del devanado con gasolina o nafta: este procedimiento o actividad se realiza en motores cuyos devanados están contaminados por la polución o el ambiente donde se encuentra operando y debe realizarse este tipo de limpieza para evitar problemas de aislamiento en los devanados se recomienda realizar este tipo de mantenimiento anualmente. • Secado del devanado: esta acción debe ejecutarse con todas las precauciones del caso; los niveles de temperatura de los hornos deben ser acordes para tal labor de lo contrario el nivel de aislamiento que provee el barniz y demás componentes que aislan al motor se verían gravemente afectados repercutiendo en el bobinado del motor. Esta labor debe hacerse sólo a motores que por su nivel de aislamiento se les diagnostica humedad en los devanados.

4 UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Mantenimiento en la Gestión Energética. Óp. cit., Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Default.aspx?tabid=75

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• Revisión de cuñas y acoples: debe realizarse este tipo de revisión ya que por ser elementos mecánicos estos sufren desgaste y por lo general hacen que el motor trabaje en condiciones críticas y acorte su vida útil. • Comprobación de balance de tensión: esta prueba eléctrica debe realizarse para comprobar que la alimentación del motor cumple con los estándares de calidad de energía para garantizar un óptimo trabajo y disminuir las pérdidas eléctricas. • Comprobación del factor de potencia: al igual que el ítem anterior ésta es una prueba que dice mucho del estado del motor y el valor de esta variable debe cumplir o estar en un rango establecido en los datos de placa es por ello que como parte del mantenimiento preventivo debe hacérsele seguimiento. • Vibraciones: aquí se realizan análisis, monitoreo, diagnóstico, evaluación y recomendaciones de las condiciones de operación en equipos rotativos, detectando a tiempo y con exactitud distintos problemas en la maquinaria. Esta técnica nos permite detectar: • Desbalance, Fallas en rodamientos, Desalineación, Lubricaciones inadecuadas • Ajuste de tensión de poleas y correas: esta inspección debe realizarse mensualmente con el fin de garantizar condiciones óptimas de trabajo para el motor, una polea y una correa desajustada genera problemas de rodamientos y desbalance en el motor. • Comprobación de alineamiento: se debe estar verificando periódicamente la alineación entre el eje del motor y el acople con la carga. • Verificar conexión a tierra: la inspección de la tierra es fundamental para efecto de la seguridad en los motores eléctricos y en las personas es por ello que la continua revisión de este componente garantiza la disminución de riesgo por electrocutamiento principalmente y drenar corrientes de cortocircuito en caso de falla. • Termografía: esta actividad radica en la inspección y análisis de imágenes infrarrojas detectando con exactitud y rapidez los problemas y sus características estando los equipos operando en condiciones normales, se trata de una técnica de no contacto, la cual nos permite detectar malas conexiones, cortocircuitos, desbalance de líneas, malas instalaciones. Una gran ventaja de esta técnica consiste en la detección prematura de las fallas, sin interrumpir el servicio, lo cual

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permite extender la vida de los equipos, minimizando también el tiempo de mantenimiento preventivo 6.3 DIAGRAMA DE FLUJO GESTIÓN DE MOTORES

Como se pudo identificar en la encuesta realizada al departamento de mantenimiento, la gestión de motores se centra en esta parte de la empresa. En la figura 34 se muestra el diagrama de flujo para la implementación de un sistema de gestión de motores eléctricos para Cementos Argos.

Figura 34. Diagrama de flujo gestión de motores

Gestión de motores Cementos argos

Reconocimiento y actualización de todos los

procesos

Base de datos actualizada de todos los motores eléctricos Mantenimiento

preventivo

Mantenimiento predictivo

Planeación de mantenimiento

Mantenimiento correctivo Identificación de áreas y

motores de mayor consumo de energía

Diagramas de pareto a motores potencia vs porcentaje carga acumulado

Medición y seguimiento de la Eficiencia en los motores

Eléctricos

Métodos para medición eficiencia en sitio

Registrar la eficiencia en el historial de los motores y monitorearla

Compra y reparación De motores

Reparación eficiente Motores eléctricos

Evaluación de la potencia adecuada y la eficiencia De los motores eléctricos

Talleres externos Certificados para bobinado

de motores

Adquisición Motores de alta eficiencia

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El anterior diagrama de flujo mostró que la gestión de motores parte del reconocimiento del proceso como tal. Cuando se hace tal análisis se puede ir identificando cuales son los motores más importantes para la elaboración del cemento de una forma muy básica, el reconocimiento tiene que estar siendo actualizado puesto que constantemente se realizan cambios en los procesos en lo referente a la mejora continua. Para continuar con los elementos necesarios para hacer gestión, se debe de contar con una base de datos que almacene toda la información acerca de los motores eléctricos incluyendo la eficiencia y el historial del motor; luego pasamos a la planeación del mantenimiento que es parte fundamental de la gestión del mantenimiento y en esta parte se desglosan los tres tipos de mantenimiento que en la actualidad se practica en las grandes empresas el mantenimiento preventivo, predictivo y el correctivo. Continuando se hace referencia a las áreas y motores de mayor consumo, para esta parte se realizan diagramas de pareto que permiten visualizar a través de gráficas en Excel las áreas y motores que mas impactan en el consumo de energía con la finalidad de hacer mayor énfasis en el ahorro de energía en estos sitios. Posteriormente se encuentra en el diagrama de flujo la medición y el seguimiento a la eficiencia de los motores eléctricos importantes ya que hoy en día uno de los potenciales de ahorro es hacer lo procesos más eficientes en cuanto a productividad y ahorro de energía. En este punto encontramos los métodos para evaluar la eficiencia en sitio. Y además toda la información acerca del comportamiento de la eficiencia en los motores debe ser almacenada en la base de datos de la empresa para que ésta sea constantemente monitoreada y tomar una decisión acertada para cambio de motor por uno de alta eficiencia cuando la eficiencia de un motor haya caído.

Por último en los elementos necesarios para realizar gestión encontramos la parte de compra y reparación de los motores. Para la adquisición de un nuevo motor se debe evaluar tanto el factor de carga y la eficiencia del motor que se encuentra en operación listo para ser cambiado para así decidir si cambiando por un motor de menor potencia pero con la capacidad de asumir la carga correspondiente se logran ahorros circunstanciales, mediante esta práctica cuando el motor está sub cargado y se mejora su factor de carga y en consecuencia la eficiencia.

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7. CONCLUSIONES

• En el primer capítulo se mostró el estado actual de la gestión de motores eléctricos en general tomando como punto de partida el departamento de mantenimiento que es donde se desarrolla tal labor. Se identificaron aspectos en la estructura organizacional del departamento de mantenimiento y brevemente se definió que son los mandos medios (jefes de mantenimiento y planeadores) quienes desarrollan la parte administrativa y los oficiales de mantenimiento y contratistas los que ejecutan la parte operativa de la gestión de motores • Para el segundo capítulo se hizo un recorrido en el estado de gestión de motores en la empresa Cementos Argos analizando los procesos y evaluando la gestión de motores mediante un encuesta, de este capítulo se puede concluir con base a los resultados obtenidos que existen accionamientos eléctricos muy obsoletos y antiguos; que no poseen un plan adecuado para seleccionar la potencia en los motores, y que no se hace seguimiento de la eficiencia de los motores eléctricos. • Poseen en operación motores muy antiguos los cuales no cumplen normas de ningún tipo referente a la eficiencia. El 80 % de la capacidad instalada por concepto de motores eléctricos se encuentra en las áreas de molinos de cemento molinos primarios y secundarios; hornos 5, 6,7 y por último las quebradoras y las bombas de pasta. • En el capítulo tres se trabajó con base a los diagramas de pareto realizados en el capítulo 2, aquí se elaboró una lista de de motores de mayor consumo en las diferentes áreas de la empresa, se hizo una descripción de las mediciones con el analizador de redes HT PQA84. Los resultados de las mediciones mostraron que las corrientes medidas para cada motor están por el orden del 40 y 50 % de la corriente nominal, evidenciándose un problema de cargabilidad en los motores • En el capítulo cuatro se clasificó de manera global las eficiencias y los rangos de potencias de los motores en Cementos Argos y se encontró que el mayor número de motores están en un rango de 1 – 50 hp 67 % y 76,65 % sobre el total de motores para calera, donde el 58,46% en calera y el 44,92% en fábrica de estos motores manejan eficiencias estándar ≤ 80 % .

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• Se realizaron cálculos de eficiencias analíticamente y por software también se evaluó el factor carga para el grupo de motores los cuales se les habían tomado todos los datos necesarios para tales cálculos. Se encontró que existen diferencias en la cargabilidad de los motores ya que el rango para los factores de carga de estos motores oscila de un 30 % a un 75 % sólo dos motores tienen factores de carga aceptables de un 75 % • En el capítulo cinco se determinó un plan o programa estratégico para la sustitución de motores con base en casos de estudio se evaluó la potencia adecuada a un motor subcargado (motor soplador quemador H06) el cual tenía una cargabilidad del 41,18 % y una potencia nominal de 50 hp; se aplicaron 2 métodos para evaluar la potencia (método de la potencia equivalente y el método de la corriente equivalente). En ambos cálculos la potencia adecuada para la carga y que aproximaría el factor de carga a un 100% sería un motor de 30hp. A la vez se realizó el análisis económico para definir si era viablemente económico la sustitución del motor. Los resultados mostraron un retorno de la inversión en 2 años y 5 meses lo cual comprueba la viabilidad económica de la inversión. Posterior a este análisis se hizo la evaluación económica para la sustitución de un motor (bomba 8 zona calera) que tenía baja eficiencia y un factor de carga del 75 %. Los resultados de esta evaluación mostraron que la inversión para el cambio de este motor tendría un periodo de amortización de 3 años y 3 meses. Cabe recalcar como conclusión en esta parte que todos los motores de baja eficiencia candidatos a ser sustituidos deben tener un factor de carga del 75 % en adelante de lo contrario no sería viablemente económico el cambio de motor • • En el capítulo seis se exponen propuestas para un manejo eficiente en los motores como el diseño de un formato para llevar la hoja de vida de los motores; un listado para realizar seguimiento de eficiencia y cargabilidad del motor y una ruta de mediciones. Posteriormente se listan una serie de aspectos para realizar mantenimiento y gestion eficiente en los motores. Importante como conclusión en este capítulo es la decisión de compra de un motor de alta eficiencia donde se debe valorar la rentabilidad económica con respecto al tiempo de amortización y conviene considerar que tal motor posea un valor medio de carga del 75 % como mínimo y que la mejora de eficiencia en el motor antiguo y el nuevo de alta eficiencia este entre un 2 y un 5 % en adelante. Y por último que el periodo de amortización de la inversión sea de 3 años, teniendo en cuenta que este análisis debe realizarse a motores entre 10 y 75 hp cuando operan 2500 horas anuales y los motores de potencias distintas a las anteriores cuando operan 4500 horas o más. Y por último se resume la gestión de motores a través de un diagrama de flujo, producto de la evaluación que se realizó en el transcurso del trabajo

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8. RECOMENDACIONES

• Implementar un plan estratégico para realizar seguimiento de la eficiencia de los equipos.

• Aplicar métodos para la hallar la potencia adecuada de los equipos

• Se recomienda realizar un plan de medidas para recoger información necesaria para realizar los cálculos de eficiencia en los equipos, o adquirir un equipo sofisticado que permita medir la eficiencia de los motores eléctricos.

• Almacenar toda la información de los motores incluyendo la eficiencia en una base de datos que permita monitorear el estado de los motores.

• Se recomienda que para el análisis del factor de carga del motor cuando sea por medio de la corriente medida y la nominal, la corriente medida debe ser mayor al 50 % de la corriente nominal. Si no cumple este criterio debe analizarse con las potencias de salida medida en el eje y la potencia nominal de placa.

• Evaluar la posibilidad de utilizar variadores de velocidad en los ventiladores enfriadores de los hornos para mejorar el rendimiento de estos equipos y quitar el sistema de variación de flujo de aire hacia los enfriadores por dámperes.

• Planear la sustitución de todos los motores tipo fls por motores de alta eficiencia los cuales son muy antiguos, teniendo en cuenta los métodos para hallar la potencia adecuada.

• Se recomienda un cambio tecnológico en cuanto a sustitución de motores con eficiencias deficientes y cuyo factor de carga supere el 75%.

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BIBLIOGRAFÍA

CHAPMAN. S. J. Maquinas eléctricas: elección de la potencia de los motores eléctricos y los diagramas de carga. México DF: McGraw-Hill, 1998. 249 p. HT. PQA 400 – PQA 823 – PQA 824. Manual de instrucciones [en línea]. Italia: Htitalia, s.f. [consultado diciembre de 2009]. Disponible en Internet: http://www.htitalia.com

IEEE. Power Engineering Society. IEEE std 112tm-2004. IEEE standard test procedure for polyphase induction motors and generators. Estados Unidos, 2004.

PERCY R. Viego Felipe. Herramientas para el uso eficiente de motores de inducción en la industria. Santiago de Cali, febrero 2008. 20 p. UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Documentos Uso Racional de la Energía (URE). Mantenimiento en la Gestión Energética [en línea]. Colombia: UPME, 2010 [consultado marzo de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Default.aspx?tabid=75

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. UPME. y COLCIENCIAS. Documentos Uso Racional de la Energía (URE). Eficiencia energética en motores eléctricos [en línea]. Colombia: UPME, 2010 [consultado marzo de 2010]. Disponible en internet: http://www.si3ea.gov.co/Portals/0/Gie/Tecnologias/motores.pdf UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE y UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO. Grupo de Investigación GIEN y Grupo de Investigación KAI. Software desarrollado EEME. Cali, 2007. 1 archivo de computador.

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE. Gestión energética de motores. Cali: Universidad Autónoma de Occidente, 2009. 1 archivo de computador.

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ANEXOS Anexo A. Medición potencia de entrada de molinos primarios 1 – 2 - 3 con analizador HTPQA 824 Figura 35. Medición potencia de entrada motor bomba 2 mp1 con analizador HT PQA 824

Fuente: HT. PQA 400 – PQA 823 – PQA 824. Manual de instrucciones [en línea]. Italia: Htitalia, s.f. [consultado diciembre de 2009]. Disponible en Internet: http://www.htitalia.com

Figura 36. Medición potencia de entrada motor bomba 4 mp2 con analizador HT PQA 824


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Figura 37. Medición potencia de entrada motor bomba 8 mp3 con analizador HT PQA 824


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Anexo B. Medición potencia de entrada quebradora 3 – 4 con analizador HTPQA 824 Figura 38. Medición potencia de entrada motor cinta 12 qu4 con analizador HT PQA 824


Figura 39. Medición potencia de entrada motor cinta 13 qu4 con analizador HT PQA 824

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94




Figura 43. Medición potencia de entrada motor zaranda 1 qu4 con analizador HT PQA 824

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Figura 44. Medición potencia de entrada motor zaranda 2 qu4 con analizador HT PQA 824


estudio de cargabilidad y eficiencia de ...red.uao.edu.co/bitstream/10614/1372/1/tel00506.pdf......

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